DE102021133131A1

DE102021133131A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021133131A1
Application number: DE102021133131.5A
Authority: DE
Inventors: Mario Balenovic; Frederik De Smet; Maria Armiento; Ke Fan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-15
Also published as: CN116263118A; US20230184149A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (13), einem Abgasstrang (20), in dem in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ein aus dem Kraftfahrzeug abzuleitendes Abgas des Verbrennungsmotors (13) strömt und der einen Katalysator (12), der eingerichtet ist, das Abgas zu reinigen, ein elektrisches Heizelement (11), das eingerichtet ist, den Katalysator (12) zu erwärmen, einen ersten Temperatursensor (18), der eingerichtet ist, eine erste Temperatur (T1) des Abgases stromauf des elektrischen Heizelements (11) zu messen, und einen zweiten Temperatursensor (19) aufweist, der eingerichtet ist, eine zweite Temperatur (T2) des Abgases stromab des elektrischen Heizelements (11) zu messen, und einem Temperaturregler (17), in dem ein Beobachter (30) implementiert ist, der eingerichtet ist, unter Verwendung der ersten Temperatur (T1) und der zweiten Temperatur (T2), eine Temperatur (TH) des elektrischen Heizelements (11) zu modellieren, wenn ein Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als ein Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler (17) eingerichtet ist, einen Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements (11) an elektrischer Leistung so zu bestimmen, dass die Temperatur (TH) des elektrischen Heizelements (11) unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur bleibt, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist.

Description

Ein Kraftfahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, weist herkömmlich einen Katalysator auf, um die Menge an Schadstoffen in dem Abgas des Kraftfahrzeugs zu verringern. Damit der Katalysator die Schadstoffe in nicht schädliche Stoffe umwandeln kann, ist es erforderlich, dass der Katalysator auf eine Betriebstemperatur erwärmt ist. Es existieren jedoch Phasen, in denen die Temperatur des Katalysators unterhalb der Betriebstemperatur liegt. Dies ist beispielsweise bei einem Starten des Kraftfahrzeugs oder nach längeren Bremsphasen der Fall. Während dieser Phasen, in denen die Temperatur des Katalysators unter der Betriebstemperatur liegt, wird eine große Menge an Schadstoffen emittiert. Es ist denkbar, dass das Kraftfahrzeug ein elektrisches Heizelement aufweist, das eingerichtet ist, den Katalysator zu erwärmen, damit dieser schneller die Betriebstemperatur erreicht, wodurch die Emissionen an den Schadstoffen verringert werden.
Bei niedrigen Massenströmen des Abgases kann es vorkommen, dass das elektrische Heizelement überhitzt, was zu einer Beschädigung des elektrischen Heizelements führen kann. Die niedrigen Massenströme können insbesondere bei einem Drosseln des Verbrennungsmotors und/oder bei einer durchgeführten Abgasrückführung auftreten. Es ist denkbar, das elektrische Heizelement bei den niedrigen Massenströmen auszuschalten, um es zu vermeiden, dass das elektrische Heizelement überhitzt. Dies würde jedoch zu einer Abkühlung des Katalysators und damit zu erhöhten Emissionen an den Schadstoffen führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der ein elektrisches Heizelement auch bei niedrigen Massenströmen eines Abgases betrieben werden kann, wobei bei den niedrigen Massenströmen ein Risiko einer Überhitzung des elektrischen Heizelements gering ist.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor, einen Abgasstrang, in dem in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ein aus dem Kraftfahrzeug abzuleitendes Abgas des Verbrennungsmotors strömt und der einen Katalysator, der eingerichtet ist, das Abgas zu reinigen, ein elektrisches Heizelement, das eingerichtet ist, den Katalysator zu erwärmen, einen ersten Temperatursensor, der eingerichtet ist, eine erste Temperatur des Abgases stromauf des elektrischen Heizelements zu messen, und einen zweiten Temperatursensor aufweist, der eingerichtet ist, eine zweite Temperatur des Abgases stromab des elektrischen Heizelements zu messen, und einen Temperaturregler auf, in dem ein Beobachter implementiert ist, der eingerichtet ist, unter Verwendung der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur, eine Temperatur des elektrischen Heizelements zu modellieren, wenn ein Massenstrom des Abgases niedriger als ein Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler eingerichtet ist, einen Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements an elektrischer Leistung so zu bestimmen, dass die Temperatur des elektrischen Heizelements unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur bleibt, wenn der Massenstrom des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist.
Der Grenzmassenstrom kann so gewählt sein, dass bei Massenströmen des Abgases oberhalb des Grenzmassenstroms das elektrische Heizelement nicht überhitzen kann. Durch das Vorsehen des Beobachters ist es möglich, die Temperatur des elektrischen Heizelements mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, die Temperatur des elektrischen Heizelements mit einer hohen Zuverlässigkeit unterhalb der Grenztemperatur zu halten. Wenn nun die Grenztemperatur so gewählt wird, dass es sich dabei um eine kritische Temperatur des Katalysators handelt, bei der der Katalysator anfängt, sich zu zersetzen, ist ein Risiko einer Überhitzung des elektrischen Heizelements gering. Dadurch kann das elektrische Heizelement auch bei den Massenströmen des Abgases betrieben werden, die niedriger als der Grenzmassenstrom sind. Beispielsweise kann dies bei einem Bremsmanöver des Kraftfahrzeugs der Fall sein. In dem Fall, dass das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, eine Bremsenergie des Kraftfahrzeugs in elektrischen Strom umzuwandeln, kann der elektrische Strom direkt dem elektrischen Heizelement zugeführt werden. Es ist beispielsweise nicht notwendig, den elektrischen Strom einem Akkumulator des Kraftfahrzeugs zuzuführen, was mit Umwandlungsverlusten einhergeht. Auch ist es nicht notwendig, den elektrischen Strom zu verschwenden, in dem Fall, das ein Laden des Akkumulators aufgrund eines ungeeigneten Ladungszustands des Akkumulators nicht möglich ist.
Es ist bevorzugt, dass der Beobachter eingerichtet ist, unter Verwendung des Massenstroms des Abgases die Temperatur des elektrischen Heizelements zu modellieren. Dadurch kann die Genauigkeit, mit der der Beobachter die Temperatur des elektrischen Heizelements modelliert, erhöht werden.
Der zweite Temperatursensor ist bevorzugt eingerichtet, die zweite Temperatur des Abgases stromab des Katalysators zu messen, und der Beobachter ist bevorzugt eingerichtet, eine Wärmefreisetzung einer chemischen Reaktion des Abgases an dem Katalysator zu berücksichtigen. Dadurch kann die Genauigkeit, mit der der Beobachter die Temperatur des elektrischen Heizelements modelliert, noch weiter erhöht werden. Dabei ist besonders bevorzugt, dass in dem Temperaturregler verschiedene Emissionswerte des Abgases für verschiedene Betriebszustände des Verbrennungsmotors gespeichert sind und der Beobachter eingerichtet ist, die Wärmefreisetzung unter Verwendung der Emissionswerte zu bestimmen. Die Emissionswerte weisen bevorzugt Werte für Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid auf, wobei die Emissionswerte insbesondere Massenströme und/oder Konzentrationen der Stickoxide und/oder des Kohlenmonoxids in dem Abgas aufweisen.
Es ist bevorzugt, dass der Beobachter eingerichtet ist, eine modellierte zweite Temperatur des Abgases an der Position des zweiten Temperatursensors in dem Abgasstrang zu modellieren. Beispielsweise ist es durch einen Vergleich der modellierten zweiten Temperatur mit der zweiten Temperatur, wie sie von dem zweiten Temperatursensor gemessen ist, möglich, zu überprüfen, wie realistisch ein in dem Beobachter implementiertes Modell ist. Zudem ist es durch den einen Vergleich der modellierten zweiten Temperatur mit der zweiten Temperatur möglich, eventuell in dem Kraftfahrzeug, insbesondere in dem Abgasstrang, auftretende Fehler zu identifizieren.
Es ist bevorzugt, dass der Beobachter eingerichtet ist, die modellierte zweite Temperatur zu modellieren, wenn der Massenstrom des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler eingerichtet ist, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements auch unter Verwendung einer Abweichung der modellierten zweiten Temperatur von der zweiten Temperatur zu bestimmen, wenn der Massenstrom des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist. Dadurch kann das Risiko der Überhitzung des elektrischen Heizelements weiter verringert werden.
Es ist bevorzugt, dass der Beobachter eingerichtet ist, anhand eines Wärmeübertragungskoeffizienten des elektrischen Heizelements eine Wärmeübertragung von dem elektrischen Heizelement auf das Abgas zu modellieren, wobei der Beobachter eingerichtet ist, die modellierte zweite Temperatur zu modellieren, wenn der Massenstrom des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler eingerichtet ist, anhand einer Abweichung der modellierten zweiten Temperatur von der zweiten Temperatur eine Anpassung des Wärmeübertragungskoeffizienten des elektrischen Heizelements vorzunehmen, wobei die Abweichung auftritt, wenn der Massenstrom des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist. Dadurch ist eine Feineinstellung des Beobachters für jeden einzelnen Abgasstrang möglich. Zudem ist es möglich, Änderungen des Abgasstrangs aufgrund von Verschleiß zu kompensieren.
Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt eingerichtet, eine Fehlermeldung, insbesondere an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs, in dem Fall auszugeben, dass die Abweichung der modellierten zweiten Temperatur von der zweiten Temperatur oberhalb einer Schwellenabweichung liegt.
Der Beobachter ist bevorzugt eingerichtet, anhand eines Wärmeübertragungskoeffizienten des elektrischen Heizelements eine Wärmeübertragung von dem elektrischen Heizelement auf das Abgas zu modellieren. Dadurch kann die Genauigkeit, mit der der Beobachter die Temperatur des elektrischen Heizelements modelliert, erhöht werden.
Der Beobachter ist besonders bevorzugt eingerichtet, die Wärmeübertragung anhand einer Mehrzahl der Wärmeübertragungskoeffizienten, die von dem Massenstrom des Abgases abhängen, zu modellieren. Dadurch kann die Genauigkeit, mit der der Beobachter die Temperatur des elektrischen Heizelements modelliert, noch weiter erhöht werden.
Es ist bevorzugt, dass das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, einen elektrischen Widerstand des elektrischen Heizelements zu messen, und der Beobachter eingerichtet ist, einen modellierten elektrischen Widerstand des elektrischen Heizelements zu modellieren, wenn der Massenstrom des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, sowie der Temperaturregler eingerichtet ist, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements auch unter Verwendung einer Abweichung des modellierten elektrischen Widerstands des elektrischen Heizelements von dem elektrischen Widerstand des elektrischen Heizelements zu bestimmen, wenn der Massenstrom des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist. Dadurch kann die Genauigkeit, mit der der Beobachter die Temperatur des elektrischen Heizelements modelliert, erhöht werden.
Der Temperaturregler kann eingerichtet sein, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements so zu bestimmen, dass die Temperatur des Katalysators auf eine Betriebstemperatur des Katalysators geregelt wird, wenn der Massenstrom des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist. Dadurch arbeitet der Temperaturregler in zwei unterschiedlichen Modi. Ist der Massenstrom des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom, wird die Temperatur des elektrischen Heizelements geregelt und zwar so, dass das Risiko der Überhitzung des elektrischen Heizelements gering ist. Ist der Massenstrom des Abgases höher als der Grenzmassenstrom, wird die Temperatur des Katalysators geregelt und zwar so, dass der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht, wodurch die Emissionen an Schadstoffen niedrig sind.
Es ist bevorzugt, dass der Temperaturregler eingerichtet ist, die Temperatur des elektrischen Heizelements auf eine Solltemperatur des elektrischen Heizelements zu regeln, wenn der Massenstrom des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, wobei die Solltemperatur mindestens 50°C, insbesondere mindestens 70°C oder mindestens 90°C, niedriger als eine kritische Temperatur des elektrischen Heizelements ist, bei der das elektrische Heizelement anfängt, sich zu zersetzen.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

1 ein schematisches Diagramm von Komponenten des Kraftfahrzeugs und
2 einen beispielhaften Beobachter.

Wie es aus 1 und 2 ersichtlich ist, weist ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor 13, einen Abgasstrang 20 und einen Temperaturregler 17 auf. In dem Abgasstrang 20 strömt in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ein aus dem Kraftfahrzeug abzuleitendes Abgas des Verbrennungsmotors 13. Der Abgasstrang 20 weist einen Katalysator 12, der eingerichtet ist, das Abgas zu reinigen, ein elektrisches Heizelement 11, das eingerichtet ist, den Katalysator 12 zu erwärmen, einen ersten Temperatursensor 18, der eingerichtet ist, eine erste Temperatur T₁ des Abgases stromauf des elektrischen Heizelements 11 zu messen, und einen zweiten Temperatursensor 19 auf, der eingerichtet ist, eine zweite Temperatur T₂ des Abgases stromab des elektrischen Heizelements 11 zu messen. In dem Temperaturregler 17 ist ein Beobachter 30 implementiert, der eingerichtet ist, unter Verwendung der ersten Temperatur T₁ und der zweiten Temperatur T₂, eine Temperatur T_H des elektrischen Heizelements 11 zu modellieren, wenn ein Massenstrom Q des Abgases niedriger als ein Grenzmassenstrom ist. Der Temperaturregler 17 ist eingerichtet, einen Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements 11 an elektrischer Leistung so zu bestimmen, dass die Temperatur T_H des elektrischen Heizelements 11 unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur bleibt, wenn der Massenstrom Q des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist. Bei der Grenztemperatur kann es sich beispielsweise um eine kritische Temperatur des elektrischen Heizelements 11 handeln, bei der das elektrische Heizelement 11 anfängt, sich zu zersetzen. In dem Fall, dass in dem Abgasstrang 20 eine Abgasrückführung vorgesehen ist, bezieht sich der Massenstrom Q des Abgases auf denjenigen Teil des Abgases, der von dem elektrischen Heizelement 11 erwärmt werden kann. Bei dem Verbrennungsmotor 13 kann es sich beispielsweise um einen Dieselmotor oder einen Ottomotor handeln.
1 zeigt, dass der erste Temperatursensor 18 stromauf des elektrischen Heizelements 11 angeordnet sein kann. Der zweite Temperatursensor 19 kann stromab des elektrischen Heizelements 11 und insbesondere stromab des Katalysators 12 angeordnet sein. Das elektrische Heizelement 11 kann den Katalysator 12 kontaktieren oder alternativ stromauf und beabstandet von dem Katalysator 12 angeordnet sein. Im ersten Fall übertragt das elektrische Heizelement 11 unmittelbar Wärme auf den Katalysator 12, in dem zweiten Fall überträgt das elektrische Heizelement 11 mittelbar Wärme via das Abgas auf den Katalysator 12.
1 zeigt zudem, dass das Kraftfahrzeug eine Heizelementsteuerung 14 aufweisen kann, die von dem Temperaturregler 17 angesteuert ist, wie es durch den gestrichelten Pfeil von dem Temperaturregler 17 zu der Heizelementsteuerung 14 angedeutet ist, und eingerichtet ist, das elektrische Heizelement 11 mit elektrischem Strom zu beaufschlagen, vergleiche den durchgezogenen Pfeile von der Heizelementsteuerung 14 zu dem elektrischen Heizelement 11. Der elektrische Strom kann ursprünglich von einem Akkumulator des Kraftfahrzeugs und/oder einem elektrischen Generator des Kraftfahrzeugs stammen, der eingerichtet ist, eine Rotationsenergie einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 13 in den elektrischen Strom umzuwandeln.
Der Temperaturregler 17 kann Teil einer elektronischen Steuereinheit sein, die eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor 13 anzusteuern, wie es durch den gestrichelten Pfeil von dem Temperaturregler 17 zu dem Verbrennungsmotor 13 angedeutet ist.
Die erste Temperatur T₁ und die zweite Temperatur T₂ sind dem Temperaturregler 17 zur Verfügung gestellt, vergleiche die gestrichelten Pfeile von dem ersten Temperatursensor 18 und von dem zweiten Temperatursensor 19 zu dem Temperaturregler 17 in 1.
2 zeigt, dass der Beobachter 30 ein Modell 21 des Heizelements 11 aufweisen kann und ein Modell 22 des Katalysators 12 aufweisen kann. Das Modell 21 des elektrischen Heizelements 11 kann eingerichtet sein, eine dritte modellierte Temperatur T_3,mod des Abgases stromab des elektrischen Heizelements 11 und stromauf des Katalysators 12 zu modellieren. Das Modell 22 des Katalysators 12 kann eingerichtet sein, eine zweite modellierte Temperatur T_2,mod stromab des Katalysator 12 zu modellieren. Das Modell 22 des Katalysators 12 ist besonders relevant, wenn der zweite Temperatursensor 19 stromab des Katalysators 12 angeordnet ist, wie es in 1 dargestellt ist. Das Modell 21 des Heizelements 11 und/oder das Modell 22 des Katalysators 12 kann beispielsweise ein nulldimensionales Modell sein, bei dem nur eine einzige Zelle modelliert wird. Das Modell 21 des Heizelements 11 und/oder das Modell 22 des Katalysators 12 kann jeweils beispielsweise ein eindimensionales Modell sein, bei der eine Linie von Zellen modelliert wird, wobei die Line entlang der Strömungsrichtung des Abgases 23 modelliert ist. Das Modell 21 des Heizelements 11 und/oder das Modell 22 des Katalysators 12 kann jeweils beispielsweise ein zweidimensionales oder ein dreidimensionales Modell sein. Das zweidimensionale Modell eignet sich besonders für diejenigen Katalysatoren 12, die rotationssymmetrisch sind, und das dreidimensionale Modell eignet sich besonders für diejenigen Katalysatoren 12, die nicht rotationssymmetrisch sind. Das eindimensionale Modell ist hinsichtlich Genauigkeit und Rechenaufwand bevorzugt.
Wie es aus 2 ersichtlich ist, kann der Beobachter 30 eingerichtet sein, unter Verwendung des Massenstroms Q des Abgases 23 die Temperatur T_H des elektrischen Heizelements 11 zu modellieren. Der Beobachter 30 kann eingerichtet sein, anhand eines Wärmeübertragungskoeffizienten α des elektrischen Heizelements 11 eine Wärmeübertragung von dem elektrischen Heizelement 11 auf das Abgas 23 zu modellieren. Dabei kann der Beobachter 30 eingerichtet sein, die Wärmeübertragung anhand einer Mehrzahl der Wärmeübertragungskoeffizienten α(Q̇), die von dem Massenstrom Q̇ des Abgases 23 abhängen, zu modellieren, um zu berücksichtigen, dass die Wärmeübertragung von den Strömungsbedingungen des Abgases 23 abhängt.
In dem Fall, dass der zweite Temperatursensor 19 eingerichtet ist, die zweite Temperatur T₂ des Abgases stromab des Katalysators 12 zu messen, kann der Beobachter 30 eingerichtet sein, anhand eines Wärmeübertragungskoeffizienten α₁ des Katalysators 12 oder anhand von mehrerer Wärmeübertragungskoeffizienten α₁, α₂, α₃ des Katalysators 12 eine Wärmeübertragung zwischen dem Abgas 23 und Katalysator 12 zu modellieren. Die mehreren Wärmeübertragungskoeffizienten α₁, α₂, α₃ betreffen dabei unterschiedliche Bereiche des Katalysators 12. Auch hier können die Wärmeübertragungskoeffizienten α₁, α₂, α₃ von dem Massenstrom Q des Abgases 23 abhängen, d.h.: α₁= α₁(Q̇), α₂= α₂(Q̇) und α₃= α₃(Q̇).
In dem Fall, dass der zweite Temperatursensor 19 kann eingerichtet ist, die zweite Temperatur T₂ des Abgases stromab des Katalysators 12 zu messen, kann der Beobachter 30 eingerichtet sein, eine Wärmefreisetzung einer chemischen Reaktion des Abgases an dem Katalysator 12 zu berücksichtigen. Dazu können in dem Temperaturregler 17 verschiedene Emissionswerte des Abgases für verschiedene Betriebszustände des Verbrennungsmotors 13 gespeichert sein und der Beobachter 30 eingerichtet sein, die Wärmefreisetzung unter Verwendung der Emissionswerte zu bestimmen. Die Emissionswerte können Werte für Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid aufweisen, wobei die Emissionswerte insbesondere Massenströme Q̇_x der Stickoxide und/oder des Kohlenmonoxids aufweisen können.
2 zeigt, dass der Beobachter 30 eingerichtet sein kann, eine modellierte zweite Temperatur T_2,mod des Abgases an der Position des zweiten Temperatursensors 19 in dem Abgasstrang 20 zu modellieren.
Zudem kann der Beobachter 30 eingerichtet sein, die modellierte zweite Temperatur T_2,mod zu modellieren, wenn der Massenstrom Q des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler 17 eingerichtet ist, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements 11 auch unter Verwendung einer Abweichung der modellierten zweiten Temperatur T_2,mod von der zweiten Temperatur T₂ zu bestimmen, wenn der Massenstrom Q des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist.
Außerdem ist es denkbar, dass der Beobachter 30 eingerichtet ist, anhand eines Wärmeübertragungskoeffizienten α des elektrischen Heizelements 11 eine Wärmeübertragung von dem elektrischen Heizelement 11 auf das Abgas zu modellieren, wobei der Beobachter 30 eingerichtet ist, die modellierte zweite Temperatur T_2,mod zu modellieren, wenn der Massenstrom Q des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler 17 eingerichtet ist, anhand einer Abweichung der modellierten zweiten Temperatur T_2,mod von der zweiten Temperatur T₂ eine Anpassung des Wärmeübertragungskoeffizienten α des elektrischen Heizelements 11 vorzunehmen, wobei die Abweichung auftritt, wenn der Massenstrom Q des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist. Dabei kann das Kraftfahrzeug eingerichtet sein, eine Fehlermeldung an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs in dem Fall auszugeben, dass die Abweichung der modellierten zweiten Temperatur T_2,mod von der zweiten Temperatur T₂ oberhalb einer Schwellenabweichung liegt.
Es ist zudem denkbar, dass das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, einen elektrischen Widerstand R des elektrischen Heizelements 11 zu messen, und der Beobachter 30 eingerichtet ist, einen modellierten elektrischen Widerstand R_mod des elektrischen Heizelements 11 zu modellieren, wenn der Massenstrom Q des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, sowie der Temperaturregler 17 eingerichtet ist, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements 11 auch unter Verwendung einer Abweichung des modellierten elektrischen Widerstands R_mod des elektrischen Heizelements 11 von dem elektrischen Widerstand R des elektrischen Heizelements 11 zu bestimmen, wenn der Massenstrom Q des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist.
Der Temperaturregler 17 kann eingerichtet sein, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements 11 so zu bestimmen, dass die Temperatur des Katalysators 12 auf eine Betriebstemperatur des Katalysators 12 geregelt wird, wenn der Massenstrom Q des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist.
Zudem kann der Temperaturregler 17 eingerichtet sein, die Temperatur T_H des elektrischen Heizelements 11 auf eine Solltemperatur des elektrischen Heizelements 11 zu regeln, wenn der Massenstrom Q des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, wobei die Solltemperatur mindestens 50°C niedriger als eine kritische Temperatur des elektrischen Heizelements 11 ist, bei der das elektrische Heizelement 11 anfängt, sich zu zersetzen.
Bezugszeichenliste

11: elektrisches Heizelement
12: Katalysator
13: Verbrennungsmotor
14: Heizelementsteuerung
17: Temperaturregler
18: erster Temperatursensor
19: zweiter Temperatursensor
20: Abgasstrang
21: Modell des Heizelements
22: Modell des Katalysators
23: Abgas
30: Beobachter
T1: erste Temperatur
T2: zweite Temperatur
T2,mod: modellierte zweite Temperatur
T3,mod: modellierte dritte Temperatur
TH: Temperatur des elektrischen Heizelements
Q: Massenstrom des Abgases
Q̇̇x: Massenströme der Stickoxide und/oder Kohlenmonoxid
R: elektrischer Widerstand des elektrischen Heizelements
Rmod: modellierter elektrischer Widerstand des elektrischen Heizelements
α: Wärmeübertragungskoeffizient
α1: Wärmeübertragungskoeffizient
α2: Wärmeübertragungskoeffizient
α3: Wärmeübertragungskoeffizient

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (13), einem Abgasstrang (20), in dem in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ein aus dem Kraftfahrzeug abzuleitendes Abgas des Verbrennungsmotors (13) strömt und der einen Katalysator (12), der eingerichtet ist, das Abgas zu reinigen, ein elektrisches Heizelement (11), das eingerichtet ist, den Katalysator (12) zu erwärmen, einen ersten Temperatursensor (18), der eingerichtet ist, eine erste Temperatur (T₁) des Abgases stromauf des elektrischen Heizelements (11) zu messen, und einen zweiten Temperatursensor (19) aufweist, der eingerichtet ist, eine zweite Temperatur (T₂) des Abgases stromab des elektrischen Heizelements (11) zu messen, und einem Temperaturregler (17), in dem ein Beobachter (30) implementiert ist, der eingerichtet ist, unter Verwendung der ersten Temperatur (T₁) und der zweiten Temperatur (T₂), eine Temperatur (T_H) des elektrischen Heizelements (11) zu modellieren, wenn ein Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als ein Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler (17) eingerichtet ist, einen Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements (11) an elektrischer Leistung so zu bestimmen, dass die Temperatur (T_H) des elektrischen Heizelements (11) unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur bleibt, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei der Beobachter (30) eingerichtet ist, unter Verwendung des Massenstroms (Q) des Abgases die Temperatur (T_H) des elektrischen Heizelements (11) zu modellieren.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Temperatursensor (19) eingerichtet ist, die zweite Temperatur (T₂) des Abgases stromab des Katalysators (12) zu messen, und der Beobachter (30) eingerichtet ist, eine Wärmefreisetzung einer chemischen Reaktion des Abgases an dem Katalysator (12) zu berücksichtigen.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 3, wobei in dem Temperaturregler (17) verschiedene Emissionswerte des Abgases für verschiedene Betriebszustände des Verbrennungsmotors (13) gespeichert sind und der Beobachter (30) eingerichtet ist, die Wärmefreisetzung unter Verwendung der Emissionswerte zu bestimmen.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 4, wobei die Emissionswerte Werte für Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid aufweisen, wobei die Emissionswerte insbesondere Massenströme (Q̇_x) und/oder Konzentrationen der Stickoxide, der Kohlenwasserstoffe und/oder des Kohlenmonoxids aufweisen.
Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Beobachter (30) eingerichtet ist, eine modellierte zweite Temperatur (T_2,mod) des Abgases an der Position des zweiten Temperatursensors (19) in dem Abgasstrang (20) zu modellieren.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6, wobei der Beobachter (30) eingerichtet ist, die modellierte zweite Temperatur (T_2,mod) zu modellieren, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler (17) eingerichtet ist, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements (11) auch unter Verwendung einer Abweichung der modellierten zweiten Temperatur (T_2,mod) von der zweiten Temperatur (T₂) zu bestimmen, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Beobachter (30) eingerichtet ist, anhand eines Wärmeübertragungskoeffizienten (α) des elektrischen Heizelements (11) eine Wärmeübertragung von dem elektrischen Heizelement (11) auf das Abgas zu modellieren, wobei der Beobachter (30) eingerichtet ist, die modellierte zweite Temperatur (T_2,mod) zu modellieren, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist, wobei der Temperaturregler (17) eingerichtet ist, anhand einer Abweichung der modellierten zweiten Temperatur (T_2,mod) von der zweiten Temperatur (T₂) eine Anpassung des Wärmeübertragungskoeffizienten (α) des elektrischen Heizelements (11) vorzunehmen, wobei die Abweichung auftritt, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8, wobei das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, eine Fehlermeldung an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs in dem Fall auszugeben, dass die Abweichung der modellierten zweiten Temperatur (T_2,mod) von der zweiten Temperatur (T₂) oberhalb einer Schwellenabweichung liegt.
Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Beobachter (30) eingerichtet ist, anhand eines Wärmeübertragungskoeffizienten (α) des elektrischen Heizelements (11) eine Wärmeübertragung von dem elektrischen Heizelement (11) auf das Abgas zu modellieren.
Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Beobachter (30) eingerichtet ist, die Wärmeübertragung anhand einer Mehrzahl der Wärmeübertragungskoeffizienten (α), die von dem Massenstrom (Q) des Abgases abhängen, zu modellieren.
Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, einen elektrischen Widerstand (R) des elektrischen Heizelements (11) zu messen, und der Beobachter (30) eingerichtet ist, einen modellierten elektrischen Widerstand (R_mod) des elektrischen Heizelements (11) zu modellieren, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, sowie der Temperaturregler (17) eingerichtet ist, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements (11) auch unter Verwendung einer Abweichung des modellierten elektrischen Widerstands (R_mod) des elektrischen Heizelements (11) von dem elektrischen Widerstand (R) des elektrischen Heizelements (11) zu bestimmen, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist.
Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Temperaturregler (17) eingerichtet ist, den Leistungsbedarf des elektrischen Heizelements (11) so zu bestimmen, dass die Temperatur des Katalysators (12) auf eine Betriebstemperatur des Katalysators (12) geregelt wird, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases höher als der Grenzmassenstrom ist.
Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Temperaturregler (17) eingerichtet ist, die Temperatur (T_H) des elektrischen Heizelements (11) auf eine Solltemperatur des elektrischen Heizelements (11) zu regeln, wenn der Massenstrom (Q) des Abgases niedriger als der Grenzmassenstrom ist, wobei die Solltemperatur mindestens 50°C niedriger als eine kritische Temperatur des elektrischen Heizelements (11) ist, bei der das elektrische Heizelement (11) anfängt, sich zu zersetzen.