Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs zur Emissionsreduzierung. Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechend eingerichtetes Kraftfahrzeug.

Zur Vermeidung oder Reduzierung unerwünschter Emissionen von mittels einer Verbrennungskraftmaschine betriebenen Kraftfahrzeugen gibt es bereits verschiedene Lösungsansätze. So werden beispielsweise in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen verbreitet Katalysatoren eingesetzt. Diese entfalten ihre optimale Wirkung typischerweise jedoch nur in einem bestimmten Temperaturbereich, sodass sie nach dem Starten des jeweiligen Kraftfahrzeugs zunächst aufgeheizt werden müssen, andererseits jedoch auch nicht überhitzen dürfen. Problematisch ist dabei, dass in einem Katalysator nicht ohne Weiteres ein Temperatursensor angeordnet werden kann. Zudem können bisherige Ansätze zur Modellierung des thermischen Verhaltens in Abgasanlagen oder Abgassträngen von Kraftfahrzeugen nicht immer eine optimale Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit bieten. Dementsprechend besteht hier weiterhin Potenzial und Bedarf für Verbesserungen.

In der DE 102017219408 A1 ist als ein Ansatz ein Verfahren zur Optimierung einer Stickoxid-Emission und einer Kohlenstoffdioxid-Emission eines Verbrennungsmotors beschrieben. Mit dem dortigen Verfahren soll eine simultane Optimierung dieser Emissionen eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs erreicht werden. Dazu wird ein Prädiktionshorizont gewählt und ein Stickoxid-Grenzwert festgesetzt. Es wird dann eine Kostenfunktion, welche die Stickoxid- Emission und die Kohlenstoffdioxid-Emission umfasst, minimiert, wobei der Stickoxid- Grenzwert eingehalten wird. Schließlich werden Stellglieder des Verbrennungsmotors auf einen beim Minimieren der Kostenfunktion ermittelten Sollwert eingestellt.

Ebenso kann zur Effizienzsteigerung im Betrieb eines Kraftfahrzeugs anfallende Abwärme, beispielsweise eines Abgases genutzt werden. Dazu beschreibt die DE 102009 057 095 A1 eine Abwärme beschickte Wärmenutzungsvorrichtung hinter einem die Abwärme bzw. das Abgas liefernden Verbrennungsmotor. Die Wärmenutzungsvorrichtung besteht dabei aus mehreren Komponenten, welche ein flüssig, dampfförmig oder gasförmig vorliegendes Betriebsmittel fördern und komprimieren und nachfolgend entspannen in einem einzigen geschlossenen oder teiloffenen Betriebsmittelflusssystem.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine zum Verringern von Emissionen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Figur offenbart.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient, kann also angewendet werden zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das einen Dieselmotor und eine von diesem ausgehende Abgasführung bzw. Abgasanlage zum Führen eines Abgasstroms von dem Dieselmotor aufweist. In der Abgasführung sind dabei ein elektrisches Heizelement und ein Katalysator angeordnet. Bei dem Katalysator kann es sich insbesondere um einen Dieseloxidationskatalysator (DOC, englisch: diesel oxidation catalytic converter) handeln. Das Heizelement kann insbesondere in Strömungsrichtung des Abgasstroms betrachtet vor, also motorseitig vor dem Katalysator angeordnet sein. Das Heizelement kann beispielweise freistehend in der Abgasführung bzw. im Betrieb in einem darin geführten Abgasstrom oder motorseitig an dem Katalysator angeordnet, also etwa an den Katalysator angebaut oder in diesen integriert sein. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Emissionsreduzierung oder Emissionsoptimierung im Betrieb des Kraftfahrzeugs angewendet werden.

In einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ab einem Zündung-ein-Signal, automatisch mittels eines vorgegebenen Energiebilanzmodells eine von dem Heizelement an den Abgasstrom und/oder an den Katalysator abgegebene bzw. darin eingebrachte Wärmemenge simuliert, also für jeweilige Bedingungen oder Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Heizelements und/oder des Dieselmotors, bestimmt. Das Energiebilanzmodell modelliert das Heizelement als Energiebilanz oder mittels einer Energiebilanz zumindest zwischen der dem Heizelement zugeführten elektrischen Energie bzw. Leistung und der via Wärmestrahlung und Konvektion von dem Heizelement abgegebenen Wärme. Ebenso kann in dem Energiebilanzmodell bzw. in der Energiebilanz durch Wärmeleitung von dem Heizelement abgegebene Wärme modelliert bzw. berücksichtigt sein. Damit kann beispielsweise eine Oberflächentemperatur des Heizelements modelliert sein bzw. simuliert werden.

Die Modellierung bzw. Simulation kann insbesondere im Vergleich zu einem entsprechenden Betrieb des Kraftfahrzeugs ohne das Heizelement bzw. ohne dessen Betrieb erfolgen. Es kann dann also durch das Energiebilanzmodell ein durch das Heizelement bzw. dessen Betrieb verursachter Unterschied der im Abgasstrom und/oder im Katalysator vorhandenen bzw. darin eingebrachten Wärmemenge und/oder einer oder mehrerer korrespondierender Temperaturen simuliert werden.

Die modellbasierte Simulation oder mehrere unterschiedliche solche Simulationen können beispielsweise durchgeführt werden, um darauf basierend eine Betriebsvariante oder ein Betriebsschema des Heizelements und/oder des Dieselmotors zu ermitteln, womit ein vorgegebener Zieltemperaturbereich des Katalysators, insbesondere in dem Katalysator und/oder einem in Strömungsrichtung darauffolgenden weiteren Katalysator, erreicht werden kann. Bei dem weiteren Katalysator kann es sich beispielsweise um einen SCR- Katalysator handeln, der stromabwärts vom DOC-Katalysator angeordnet sein kann. Diesem weiteren Katalysator kann dann für das Aufheizen des DOC- Katalysators erzeugte Wärme zugeführt werden. Dabei können mittels des Energiebilanzmodells unterschiedliche Betriebsvarianten oder Betriebsschemata des Heizelements simuliert werden. So können beispielsweise mehrere unterschiedliche dem Heizelement zugeführte elektrische Leistungen, unterschiedliche Betriebsdauern, unterschiedliche Einschalt- und Ausschaltzeiten oder -Zeitpunkte für das Heizelement bzw. dessen elektrische Versorgung und/oder dergleichen mehr, insbesondere in Echtzeit, simuliert werden.

Es kann beispielsweise wenigstens ein zu optimierender Parameter vorgegeben sein, wie etwa eine zu minimierende Aufheizzeit des Katalysators zum Erreichen des Zieltemperaturbereichs, eine zu maximierende Effizienz für das Erreichen des Zieltemperaturbereichs, eine zu minimieren Menge von Gesamtemissionen oder einer bestimmten Art von Emissionen und/oder dergleichen mehr.

Ein dem Energiebilanzmodell zur Durchführung der Simulation zugeführter oder bereitgestellter Input, also entsprechende Eingangsdaten können beispielsweise auch Temperaturdaten von einem oder mehreren Temperatursensoren, als entsprechende gemessene Temperaturwerte umfassen. Solche Temperatursensoren können, beispielsweise in oder an der Abgasführung, vor und/oder hinter dem Heizelement und/oder dem Katalysator, aber ebenso an anderen Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Damit können also gegebenenfalls beispielsweise tatsächliche Temperaturen des Abgasstroms, der Abgasführung und/oder dergleichen mehr als jeweilige Eingangsdaten oder Eingangsgrößen für das Energiebilanzmodell bekannt, also verfügbarsein somit von diesem für die jeweilige Simulation bzw. Berechnung verwendet werden. Damit können gegebenenfalls die Simulation bzw. Berechnung besonders genau durchgeführt und weitere Effekte berücksichtigt bzw. simuliert werden, die an anderer Stelle näher erläutert sind.

In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird basierend auf einem entsprechenden Simulationsergebnis, also einem Output des Energiebilanzmodells und/oder gegebenenfalls basierend auf daraus durch Weiterverarbeitung abgeleiteten Daten, eine Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug, insbesondere für das Heizelement und/oder den Dieselmotor des Kraftfahrzeugs, festgelegt. Eine solche Betriebsstrategie kann beispielsweise eine Betriebsvariante oder ein Betriebsschema für das Heizelement, eine Motorsteuerung bzw. Motorbetriebsarten des Dieselmotors und/oder dergleichen mehr definieren, angeben oder umfassen. Die Betriebsstrategie wird dabei festgelegt, um den vorgegebenen Zieltemperaturbereich des Katalysators zu erreichen, einzustellen oder nach dessen Erreichen zu halten. Dabei kann die Betriebsstrategie beispielsweise durch Anpassen oder Auswahlen eines oder mehrerer Parameterwerte gemäß des Simulationsergebnisses oder der daraus abgeleiteten Daten oder auch der Vorgabe bezüglich des zu optimierende Parameters erfolgen. Beispielsweise können verschiedene Betriebsstrategien vordefiniert oder hinterlegt sein, aus denen die jeweils am besten passende ausgewählt werden kann. Ebenso können beispielsweise zulässige Wertebereiche und Wertekombinationen oder ein Kennfeld oder dergleichen vorgegeben sein, um letztlich die Parameterwerte für die Betriebsstrategie festzulegen. Derartige Vorgaben können ebenso als Randbedingungen in dem Energiebilanzmodell oder einem weiteren vorgegebenen Modell, das beispielsweise ein jeweiliges Simulationsergebnis, also den Output des Energiebilanzmodells weiterverarbeiten kann, hinterlegt bzw. modelliert sein. Damit kann sichergestellt werden, dass die Betriebsstrategie sicher und für das jeweilige Kraftfahrzeug geeignet ist.

In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kraftfahrzeug, insbesondere das Heizelement und/oder der Dieselmotor, gemäß der festgelegten Betriebsstrategie betrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann während des Betriebs des Kraftfahrzeugs kontinuierlich oder regelmäßig wiederholt oder in einer vorgegebenen Taktung durchgeführt oder durchlaufen werden. Somit kann also die Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug entsprechend kontinuierlich oder regelmäßig angepasst oder aktualisiert werden.

Beispielsweise im Gegensatz zu bisherigen Lösungsansätzen, bei denen eine jeweilige gesamte einem Heizelement zugeführte elektrische Momentanleistung als Ersatzgröße oder Proxy-Variable für das Aufheizen des Abgasstroms oder des Katalysators verwendet wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine genauere Modellierung und Simulation der tatsächlich von dem Heizelement an den Abgasstrom und/oder den Katalysator abgegebenen Energie bzw. Wärmemenge. So wird in der vorliegenden Erfindung durch die Berücksichtigung bzw. Modellierung der Energiebilanz ein effektiver Wert oder Nettowert der tatsächlich über das Heizelement in den Abgasstrom und/oder den Katalysator eingebrachten Wärme bestimmt. Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die dem Heizelement zugeführte elektrische Energie nicht notwendigerweise vollständig in Form von Wärme an den Abgasstrom und/oder den Katalysator weitergegeben wird und dies durch eine entsprechende Energiebilanz modelliert, also abgebildet oder erfasst werden kann. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung letztlich eine genauere Bestimmung oder Vorhersage des thermischen Verhaltens der Abgasanlage, insbesondere der Temperatur in dem Katalysator oder in den Katalysatoren, die für die Emissionsreduzierung von Bedeutung ist. Damit wird wiederum eine entsprechend optimierte Steuerung bzw. ein entsprechend optimierter Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht, um eine Emissionsverringerung oder Emissionsoptimierung auf besonders effektive und effiziente Weise zu erreichen. Letztlich kann durch die vorliegende Erfindung also ein effizienterer und/oder emissionsärmerer Betrieb des Kraftfahrzeugs, gegebenenfalls mit reduziertem Energieeinsatz zum Aufheizen des Katalysators und/oder reduziertem thermischen Verschleiß, ermöglicht werden.

In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden in dem Energiebilanzmodell zumindest ein erster Modellteil oder Modellterm, der die Wärmeabgabe über Wärmestrahlung beschreibt bzw. modelliert, und ein zweiter Modellteil oder Modellterm des Energiebilanzmodells, der die Wärmeabgabe über Konvektion beschreibt oder modelliert, mit individuellen Gewichtungsfaktoren gewichtet. Ebenso kann in dem Energiebilanzmodell ein dritter Modellteil oder Modelltherm beschrieben oder modelliert sein, der die Wärmeabgabe über Wärmeleitung beschreibt bzw. modelliert und ebenfalls mit einem individuellen Gewichtungsfaktor gewichtet sein kann. Diese individuellen Gewichtungsfaktoren sind dabei in Abhängigkeit von der jeweiligen Geometrie der Anordnung des Heizelements relativ zu dem Katalysator bestimmt bzw. vorgegeben. Die Gewichtungsfaktoren können also beispielsweise fest vorgegeben und in dem Energiebilanzmodell hinterlegt sein, insbesondere spezifisch für oder abgestimmt auf das jeweilige Kraftfahrzeug, eine Modellvariante des Kraftfahrzeugs oder eine Modellvariante der Abgasanlage des Kraftfahrzeugs oder dergleichen. Falls die Abgasanlage eine veränderbare Geometrie oder eine variable Abgasführung oder dergleichen, beispielsweise unterschiedliche einstellbare Strömungspfade oder dergleichen, aufweist oder ermöglicht, können die Gewichtungsfaktoren ebenso automatisch dynamisch entsprechend angepasst oder eingestellt werden. Zum Vorgegeben oder Einstellen der Gewichtungsfaktoren kann beispielsweise einmalig, etwa im Rahmen einer Herstellung des Kraftfahrzeugs, bestimmt werden, ob bzw. in welchem Maße in dem jeweiligen Anwendungsfall, also etwa in dem jeweiligen Kraftfahrzeug oder der jeweiligen Abgasanlage, die Wärmeabgabe von dem Heizelement an den Katalysator durch der Wärmestrahlungsterm oder den Konvektionsterm oder den Wärmeleitungsterm dominiert ist. Der Wärmestrahlungsterm kann bei beispielsweise dann dominieren, wenn das Heizelement motor- oder zustromseitig unmittelbar vor dem Katalysator angeordnet ist, sodass über die gesamte Fläche des Heizelements eine direkte Sichtverbindung zu dem Katalysator gegeben ist. Hingegen kann der Konvektionsterm beispielsweise dominieren, wenn zwischen dem Heizelement und dem Katalysator eine Biegung oder Krümmung der Abgasführung angeordnet ist. Von dem Heizelement abgestrahlte Wärme würde dann gegebenenfalls auf eine Innenwandung der Abgasführung und nicht direkt auf den Katalysator treffen und kann dann gegebenenfalls abhängig von der jeweiligen Geometrie über Wärmeleitung zur Erwärmung des Katalysators beitragen. Das thermische Verhalten kann ebenso durch Strömungseigenschaften der Abgasführung bzw. durch Strömungsverhältnisse in der in der Abgasanlage beeinflusst sein. Zum Bestimmen der Gewichtungsfaktoren kann dies dementsprechend ebenso berücksichtigt werden. Die vorherrschenden Strömungsverhältnisse können dynamisch oder variabel sein. Beispielsweise können in unterschiedlichen Betriebsarten oder Betriebszuständen unterschiedliche Strömungsverhältnisse vorherrschen. Es können dann entsprechend unterschiedliche Gewichtungsfaktoren oder eine dynamische Anpassung der Gewichtungsfaktoren verwendet werden.

Durch die hier vorgesehenen individuellen Gewichtungsfaktoren können entsprechende individuelle Eigenschaften besonders einfach und flexibel modelliert und das Energiebilanzmodell so besonders einfach an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird mittels des Energiebilanzmodells ein zeitlicher Verlauf der von dem Heizelement an den Abgasstrom und/oder an den Katalysator abgegebenen Wärmemenge über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg simuliert. Mit anderen Worten können also Entwicklungen oder Veränderungen der Wärmeabgabe und/oder einer oder mehrerer korrespondierender Temperaturen über eine vorgegebene Betriebszeit oder Betriebsdauer des Kraftfahrzeugs hinweg simuliert werden. Dies kann insbesondere in jedem Simulationsdurchlauf durchgeführt werden. Auf diese Weise können Erkenntnisse über dynamische Entwicklungen und nicht nur über einen statischen Zustand gewonnen bzw. Effekte oder Auswirkungen dynamischer Entwicklungen erkannt bzw. berücksichtigt werden. Damit kann letztlich eine noch bessere, effizientere oder genauere Steuerung des Kraftfahrzeugs hinsichtlich einer möglichst effizienten und effektiven Emissionsreduzierung ermöglicht werden.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird in dem Energiebilanzmodell als Teil der Energiebilanz auch eine gegebenenfalls von dem Abgas an das Heizelement abgegebene Leistung oder Energie bzw. Wärmemenge modelliert und mittels des Energiebilanzmodells simuliert. Dadurch kann also berücksichtigt werden, dass, beispielsweise vor oder zu Beginn einer Inbetriebnahme des Heizelements, dieses aufgrund seiner Wärmekapazität dem Abgasstrom Wärme entziehen, also Wärme aus dem Abgasstrom aufnehmen kann. Diese Wärme trägt dann also nicht oder nicht unmittelbar zum Aufheizen des Katalysators bei. Durch die Berücksichtigung dieses Effekts, der insbesondere von der Wärmekapazität des Heizelements und einer Differenz zwischen einer Oberflächentemperatur des Heizelements und einer Temperatur des Abgasstroms abhängig sein kann, kann die in den Katalysator eingetragene Wärmemenge bzw. ein zeitlicher Verlauf dieses Wärmeeintrags genauer modelliert bzw. simuliert werden. Damit kann letztlich eine genauere Bestimmung oder Vorhersage der tatsächlich in dem Katalysator gegebene Temperatur sowie eine entsprechend genauere, effektivere oder effizientere Steuerung des Kraftfahrzeugs hinsichtlich einer Gesamteffizienz und/oder der Emissionsreduzierung ermöglicht werden.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Energiebilanzmodell als Teil der Energiebilanz auch ein eine Temperaturveränderung des Heizelements bewirkender Anteil der dem Heizelement zugeführten elektrischen Energie modelliert, der dann also mittels des Energiebilanzmodells simuliert wird. Dieser Anteil kann beispielsweise anhand einer - gegebenenfalls in dem Energiebilanzmodell als Parameterwert hinterlegten - thermischen Masse und/oder spezifischen Wärmekapazität des Heizelements modelliert sein bzw. simuliert werden. Damit kann berücksichtigt werden, dass dieser Anteil der zugeführten Energie bzw. eine entsprechende Wärmemenge dann zunächst nicht direkt über das Heizelement an den Abgasstrom weitergegeben wird. Beispielsweise kann es zu einer verlangsamten oder zeitverzögerten Abgabe der entsprechenden Energie bzw. Wärmemenge durch das Heizelement kommen. Ebenso kann zumindest ein Teil dieser Energie bzw. Wärmemenge bis über ein Abschalten des Kraftfahrzeugs hinaus in dem Heizelement gespeichert bleiben. Die entsprechende in dem Heizelement gespeicherte Energie bzw. Wärme trägt dann also während des Betriebs des Kraftfahrzeugs nicht zum Aufheizen des Abgasstroms oder des Katalysators bei. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann also letztlich die tatsächlich in den Katalysator eingebrachte Wärmemenge bzw. ein zeitlicher Verlauf dieser eingebrachten Wärmemenge genauer bestimmt oder abgeschätzt werden. Dies kann eine genauere Abschätzung der Temperatur des Katalysators ebenso wie letztlich eine entsprechend verbesserte Steuerung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise hinsichtlich einer Effizienz und/oder einer Effektivität der Emissionsreduzierung, ermöglichen.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Energiebilanzmodell als Teil der Energiebilanz auch eine Wärmeabgabe von dem Heizelement via Wärmeleitung modelliert, die dann entsprechend mittels des Energiebilanzmodells simuliert wird. Da das Heizelement in irgendeiner Form gehalten oder befestigt sein muss, ergibt sich damit ein entsprechender Wärmeleitungspfad, über den Wärme von dem Heizelement abfließen, also abgeleitet werden kann. So kann beispielsweise Wärme aus dem Heizelement an den Katalysator und/oder aus der Abgasanlage des Kraftfahrzeugs heraus, etwa an einen Rahmen, eine Karosserie oder letztlich eine Umgebung des Kraftfahrzeugs, abgeleitet werden. Eine solche Wärmeleitung oder Wärmeableitung kann jeweils durch wenigstens eine entsprechende Materialverbindung, also einen entsprechenden Wärmeleitungspfad erfolgen. Dies kann vorliegend in dem Energiebilanzmodell berücksichtigt werden, also modelliert sein. Durch Berücksichtigung des gegebenenfalls durch Wärmeleitung von dem Heizelement abfließenden oder dem Heizelement zufließenden Energie- oder Wärmeanteils kann gegebenenfalls die tatsächlich in den Katalysator eingebrachte Wärmemenge und somit dessen Temperatur noch genauer bestimmt bzw. abgeschätzt werden. Damit wird letztlich auch eine entsprechend genauere und, etwa hinsichtlich der Effizienz und/oder Effektivität der Emissionsreduzierung, optimierte Steuerung des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Um die Wärmeleitung dieserart zu berücksichtigen, können beispielsweise entsprechende Material- oder Bauteilparameter von mit dem Heizelement direkt oder indirekt in mechanischem Kontakt stehenden Bauteilen des Kraftfahrzeugs als Parameterwerte in dem Energiebilanzmodell hinterlegt sein. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Energiebilanzmodell als Teil der Energiebilanz auch eine Wärmeabgabe von dem Heizelement nach einem Abschalten der elektrischen Versorgung, also der elektrischen Leistungszufuhr zu dem Heizelement modelliert, die dann entsprechend mittels des Energiebilanzmodells simuliert wird. Damit kann also berücksichtigt werden, dass das Heizelement auch nach dem Abschalten der elektrischen Leistungszufuhr weiter Wärme abgeben kann. Dieser Nachwärme- oder Nach heizeff ekt kann die Temperatur bzw. den Temperaturverlauf des Katalysators beeinflussen. In bisherigen Modellen, die beispielsweise lediglich die dem Heizelement zugeführte elektrische Momentanleistung als Ersatzgröße oder Proxy-Variable für das Aufheizen des Abgasstroms oder des Katalysators verwenden, würde nach dem Abschalten der elektrischen Leistungszufuhr zu dem Heizelement keine weitere Aufheizung oder eine im Gegensatz zur Realität beschleunigte Abkühlung des Katalysators angenommen werden. Diese Problematik wird durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umgangen bzw. gelöst. Damit kann die tatsächlich in den Katalysator eingebrachte Wärmemenge bzw. dessen Temperatur noch genauer ermittelt oder abgeschätzt werden. Dies ermöglicht letztlich eine weiter verbesserte bzw. genauere Steuerung des Kraftfahrzeugs, etwa hinsichtlich der Effizienz und/oder Effektivität der Emissionsreduzierung.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird mittels des Energiebilanzmodells oder basierend auf dem Simulationsergebnis die Temperatur innerhalb des Katalysators simuliert. In letzterem Fall kann die Temperatur in dem Katalysator dann, beispielsweise mittels eines entsprechenden vorgegebenen Temperaturmodells für den Katalysator, modelliert sein und simuliert werden. Diesem Temperaturmodell kann dann das Simulationsergebnis, also der Output des Energiebilanzmodells als Input, also als Eingangsdaten zugeführt oder bereitgestellt werden. Weiter ist hier vorgesehen, dass die Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug basierend auf der für das Innere des Katalysators simulierten Temperatur festgelegt wird. Die Temperatur innerhalb des Katalysators kann für die Emissionsreduzierung von besonderer Bedeutung sein, ist aber wie an anderer Stelle erläutert nicht ohne Weiteres praktikabel direkt messbar. Durch das dedizierte Simulieren der Temperatur innerhalb des Katalysators kann diese besonders genau ermittelt und darauf basierend letztlich die Emissionsreduzierung besonders genau, besonders effizient und/oder besonders effektiv durch eine entsprechend angepasste oder geregelte Steuerung des Kraftfahrzeugs durchgeführt bzw. erreicht werden. Zum Modellieren bzw. Simulieren der Temperatur innerhalb des Katalysators kann beispielsweise dessen thermische Masse, Wärmekapazität, Abstrahtverhalten, Strömungswiderstand und/oder dergleichen mehr modelliert bzw. als Modellparameter vorgegeben sein.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Steuergerät weist eine Eingangsschnittstelle zum Erfassen von Eingangsdaten, eine Prozessoreinrichtung, also beispielsweise einen Mikrochip, Mikroprozessor oder Mikrocontroller oder dergleichen, einen damit verbundenen computerlesbaren Datenspeicher und eine Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben von Steuersignalen auf. Mittels der Prozessoreinrichtung und des Datenspeichers können die über die Eingangsschnittstelle erfassten Eingangsdaten verarbeitet und korrespondierende Steuersignale erzeugt werden. Letztere können dann über die Ausgangsschnittstelle ausgegeben werden. Die Eingangsschnittstelle und die Ausgangsschnittstelle können individuelle oder separate Schnittstellen oder in einer bidirektionalen Datenschnittstelle integriert oder kombiniert sein. Ebenso kann das erfindungsgemäße Steuergerät weitere und/oder verteilte Hardwarekomponenten umfassen. Das erfindungsgemäße Steuergerät ist zum, insbesondere während eines Betriebs des jeweiligen, mit dem Steuergerät ausgestatteten Kraftfahrzeugs automatischen, Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Dazu kann beispielsweise in dem Datenspeicher ein entsprechendes Betriebs- oder Computerprogramm gespeichert sein, das die Verfahrensschritte, Maßnahmen oder Abläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. entsprechende Steueranweisungen implementiert oder codiert.

Dieses Betriebs- oder Computerprogramm kann dann mittels der Prozessoreinrichtung ausführbar sein, um das ansprechende Programm auszuführen oder dessen Ausführung zu bewirken. Die Eingangsdaten können beispielsweise die dem Heizelement zugeführte elektrische Leistung, eine oder mehrere gemessene Temperaturen, einen oder mehrere Betriebsparameter oder Betriebszustände des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Motors des Kraftfahrzeugs, und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Die als Output von dem Steuergerät erzeugten Steuersignale können beispielsweise direkt oder indirekt zur Steuerung oder Ansteuerung des Heizelements, des Motors des Kraftfahrzeugs, eines eventuell vorhandenen Motorsteuergeräts des Kraftfahrzeugs und/oder dergleichen mehr ausgestaltet sein, also dienen. Das erfindungsgemäße Steuergerät kann also zum Ausführen der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Verfahrensschritte, Maßnahmen oder Abläufe eingerichtet sein, also verwendet oder eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Steuergerät kann beispielsweise als dediziertes Emissionssteuergerät ausgestaltet sein. Ebenso kann das erfindungsgemäße Steuergerät zur Durchführung einer oder mehrerer weiterer Aufgaben oder Funktionen eingerichtet sein. Beispielsweise kann es bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät um das Motorsteuergerät handeln oder mit diesem kombiniert oder in dieses integriert sein.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das einen Dieselmotor, eine von diesem wegführende Abgasführung bzw. Abgasanlage, in der ein Katalysator, insbesondere ein der DOC, und motorseitig von diesem ein elektrisches Heizelement angeordnet sind, und ein erfindungsgemäßes Steuergerät aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann also ebenfalls zum automatischen Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftfahrzeugs, das für einen emissionsarmen Betrieb eingerichtet ist.

Fig. 1 zeigt eine ausschnittweise schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Verbrennungskraftmaschine, die vorliegend als Dieselmotor 12 ausgestaltet ist. Der Dieselmotor 12 bzw. ein Betrieb oder eine Betriebsart des Dieselmotors 12 kann hier mittels eines Motorsteuergeräts 14 gesteuert werden. An den Dieselmotor 12 schließt sich eine Abgasanlage 16 zum Abführen eines Abgasstroms und zur Abgasnachbehandlung an. Dazu umfasst die Abgasanlage 16 einen in der Abgasführung angeordneten Katalysator 18, insbesondere einen DOC, und ein diesem vorgeschaltetes, also motorseitig des Katalysators 18 in der Abgasführung angeordnetes elektrisches Heizelement 20. Weiter sind hier einige angedeutete Temperatursensoren 22 vorgesehen. Beispielhaft ist hier eine dieser Temperatursensor 22 in der Abgasführung stromaufwärts vor dem Heizelement 20 und ein weiterer der Temperatursensoren 22 hinter, also stromabwärts von dem Katalysator 18, das heißt auf einer von dem Dieselmotor 12 abgewandten Seite des Katalysators 18 in der Abgasführung angeordnet. Ebenso können weitere Temperatursensoren 22 vorgesehen und/oder die Temperatursensoren 22 an anderen Stellen angeordnet sein.

Zur Steuerung bzw. Optimierung der Abgasnachbehandlung zur Emissionsreduzierung mittels des Katalysators 18 weist das Kraftfahrzeug 10 vorliegend ein entsprechend eingerichtetes Emissionssteuergerät 24 auf. Dieses umfasst eine Eingangsschnittstelle 26, einen Prozessor 28, einen damit verbundenen computerlesbaren Datenspeicher 30 und eine Ausgangsschnittstelle 32. Das Emissionssteuergerät 24 kann über die Eingangsschnittstelle 26 beispielsweise aktuelle Betriebs-, Zustands- oder Messdaten von dem Heizelement 20, den Temperatursensoren 22 und dem Dieselmotor 12 bzw. dem Motorsteuergerät 14 empfangen. Entsprechende empfangene, also über die Eingangsschnittstelle 26 erfasste Daten oder Signale können mittels des Prozessors 28 und des Datenspeichers 30 verarbeitet werden. Dazu sind vorliegend in dem Datenspeicher 30 ein vorgegebenes Energiebilanzmodell 34 und ein Temperaturmodell 36 gespeichert. Sich dabei aus der Verarbeitung der Daten ergebende Ergebnisse bzw. entsprechende Steuersignale können dann über die Ausgangsschnittstelle 32 ausgegeben werden, beispielsweise an das Heizelement 20 und/oder den Dieselmotor 12 bzw. das Motorsteuergerät 14. Das Emissionssteuergerät 24 und das Motorsteuergerät 14 können miteinander kombiniert sein. Beispielsweise können das Emissionssteuergerät 24 und das Motorsteuergerät 14 Teile eines hier nicht dargestellten kombinierten Steuergeräts sein bzw. unterschiedliche Hardware- und/oder Softwaremodule oder Hardware- und/oder Softwarekomponenten eines solchen kombinierten Steuergeräts repräsentieren. Die Eingangsschnittstelle 26 und/oder die Ausgangsschnittstelle 32 können dann beispielsweise Programm- oder Softwareschnittstellen oder Datenübergabefunktionen oder dergleichen sein oder umfassen. Wenn das elektrische Heizelement 20 aktiviert wird, wird nicht die gesamte diesem zugeführte elektrische Leistung an den in der Abgasanlage 16 geführten Abgasstrom bzw. den Katalysator 18 abgegeben. Beispielweise ist ein Teil der zugeführten elektrischen Leistung für eine Erwärmung des Heizelements 20 selbst notwendig und es kann gegebenenfalls ein weiterer Teil der zugeführten Leistung über Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung aus der Abgasanlage 16 herausgeführt werden und dann insbesondere nicht oder nur bedingt oder indirekt zur Aufheizung des Katalysators 18 beitragen. Nach dem Ausschalten des Heizelements 20 bzw. der elektrischen Leistungszufuhr des Heizelements 20 kann dieses zudem aufgrund seiner thermischen Masse weiterhin Wärme an den Abgasstrom abgeben.

Durch das Energiebilanzmodell 34 wird das elektrische Heizelement 20 bzw. dessen thermischer Effekt auf den Abgasstrom und/oder den Katalysator 18 als Energiebilanz der dem Heizelement 20 zugeführten elektrischen Energie, der via Konvektion an den Abgasstrom abgegebenen bzw. von dem Abgasstrom an das Heizelement 20 übertragenen Energie, der von dem Heizelement 20 via Wärmestrahlung abgegebenen oder aufgenommenen Energie, der zur Temperaturänderung des Heizelements 20 notwendigen Energie und via Wärmeleitung von dem Heizelement 20 aufgenommener oder abgeleiteter Energie modelliert. Für unterschiedliche Anwendungsfälle oder Anforderungen können zur Vereinfachung der Modellierung bzw. der entsprechenden Implementierung dabei beispielsweise einige untergeordnete dieser und/oder weiterer Therme oder Beiträge nicht implementiert bzw. ausgeschaltet oder deaktiviert werden, also unberücksichtigt bleiben. Dies kann beispielsweise abhängig sein von einer jeweils verfügbaren Speicher- und/oder Rechenkapazität des Emissionssteuergeräts 24 und/oder von der Anzahl und Anordnung der Temperatursensoren 22, also der Verfügbarkeit entsprechender Mess- bzw. Temperaturdaten.

Das Energiebilanzmodell 34 wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 ausgeführt oder angewendet, um die effektive Heizleistung des Heizelements 20, also dessen Effekt oder Auswirkung auf ein thermisches Verhalten oder einen thermischen Zustand der Abgasanlage 16, insbesondere des Katalysators 18, zu simulieren. Dabei kann beispielsweise eine Oberflächentemperatur des Heizelements 20, die von diesem in den Abgasstrom und/oder in den Katalysator eingebrachte Wärmemenge und/oder dergleichen mehr simuliert, also als Simulationsergebnis bzw. Output des Energiebilanzmodells 34 berechnet bzw. abgeschätzt werden. Basierend auf dem Simulationsergebnis kann dann eine Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug 10 zur Emissionsreduzierung festgelegt werden, beispielsweise ebenfalls durch das Emissionssteuergerät 24. Dazu kann basierend auf dem Simulationsergebnis beispielsweise mittels des vorgegebenen Temperaturmodells 36 die jeweils aktuell oder voraussichtlich bei bzw. nach Anwendung einer bestimmten Betriebsstrategie in dem Katalysator 18 herrschende Temperatur simuliert, also bestimmt oder abgeschätzt werden. Dabei können das Energiebilanzmodell 34 und das Temperaturmodell 36 ebenso miteinander kombiniert, also in einem einzigen Modell zusammengefasst sein, was hier durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Die so basierend auf entsprechenden Modellwerten bzw. Simulationsergebnissen des Energiebilanzmodells 34 und oder auch des Temperaturmodells 36 festgelegte Betriebsstrategie kann dann beispielsweise zum Steuern der elektrischen Leistungszufuhr an das Heizelement 20 und/oder des Betriebsmodus oder der Betriebsart des Dieselmotors 12 verwendet werden, beispielsweise durch das Emissionssteuergerät 24, das Motorsteuergerät 14 und/oder eine oder weitere hier nicht im Detail dargestellte Einrichtungen des Kraftfahrzeugs 10.

Das Energiebilanzmodell 34 oder auch das Temperaturmodell 36 können beispielsweise mittels eines herkömmlichen Softwaresystems zur Erstellung technisch-physikalischer Modelle erzeugt werden. Es hat sich gezeigt, dass mit einem entsprechenden Modell tatsächlich im Abgasstrang gemessene Temperaturen gut abgebildet bzw. nachgebildet werden können.

Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine Modellierung eines Wärmeaustausches einer elektrischen Heizeinrichtung bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen, realisiert werden kann, um letztlich eine verbesserte Fahrzeugsteuerung zur Emissionsreduzierung und/oder Effizienzsteigerung zu erreichen. Bezugszeichenliste

10 Kraftfahrzeug

12 Dieselmotor

14 Motorsteuergerät

16 Abgasanlage

18 Katalysator

20 Heizelement

22 Temperatursensor

24 Emissionssteuergerät

26 Eingangsschnittstelle

28 Prozessor

30 Datenspeicher

32 Ausgangsschnittstelle

34 Energiebilanzmodell

36 Temperaturmodell