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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren einerAbgasnachbehandlungsanlage, insbesondere eines Partikelfilters,einer in einem Fahrzeug angeordneten Brennkraftmaschine mit von einerSteuereinrichtung (10) gesteuerten Regenerationszyklen. Eine optimierteRegeneration der Abgasnachbehandlungsanlage wird dadurch erzielt,dass der Steuereinrichtung (10) die Fahrstrecke betreffende Informationsdaten zugeführt werdenund dass die Regenerationszyklen unter Berücksichtigung der Informationsdatengesteuert werden (Fig. 1).
    公开号:DE102004005072A1
    申请号:DE102004005072
    申请日:2004-02-02
    公开日:2005-08-18
    发明作者:Thomas Hauber；Hartmut Lueders；Andreas Pfaeffle；Ralf Wirth；Marcel Wuest
    申请人:Robert Bosch GmbH；
    IPC主号:F01N3-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren einerAbgasnachbehandlungsanlage, insbesondere eines Partikelfilters,einer in einem Fahrzeug angeordneten Brennkraftmaschine mit voneiner Steuereinrichtung gesteuerten Regenerationszyklen.
    [0002] Einderartiges (ohne druckschriftlichen Beleg) als bekannt angenommenesVerfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage erfolgtin Abhängigkeitvon definierten Motorbetriebszuständen auf der Grundlage diesbezüglich relevanterParameter. Die Regenerationszyklen umfassen dabei den eigentlichenRegenerationsvorgang und eine gewisse Dauer zwischen den einzelnenRegenerationsvorgängen.Für dieRegeneration sind zum Teil Änderungendes Motorbetriebszustandes im gerade aktuellen, durch Lastmomentund Dreh zahl gekennzeichneten Motorbetriebspunkt notwendig. Dies können z.B.bei der thermischen Dieselpartikelfilterregeneration abgastemperaturerhöhende Maßnahmensein. AbgastemperaturerhöhendeMaßnahmen sindz.B. die Verschiebung des Einspritzbeginns der Haupteinspritzungnach Spätoder die zusätzliche Kraftstoffeinspritzungim selben Arbeitszyklus nach der Haupteinspritzung als sogenannteNacheinspritzung. Währendder Regeneration könnenunter ungünstigenBetriebsbedingungen erhöhteAbgasemissionen auftreten.
    [0003] NachEinleitung der Regeneration sollten je nach Auslegung des Abgasnachbehandlungssystemsbestimmte Motorbetriebspunkte im Verlauf der Regeneration nichtmehr angefahren werden. Beispielsweise ist bei der thermischen Regenerationvon Dieselpartikelfiltern der Übergangin den Schubbetrieb oder den Leerlauf nach Beginn der Regenerationder Vollständigkeitdes Rußabbrandesabträglich oderbei hoch beladenem Filter sogar systemschädigend.
    [0004] ImDieselpartikelfilter läuftnach Überschreitender charakteristischen Zündtemperaturein exothermer Prozess mit einer Temperaturerhöhung im Dieselpartikelfilterab. Die Größe der Temperaturerhöhung kannu.a. von der Zusammensetzung und Menge des Reaktionsgases bzw. Abgases(Sauerstoffkonzentration, Abgasmassenstrom) der im Filter befindlichenRußmasseund der Abgastemperatur vor dem Filter abhängen. Mit Übergang in den Schubbetrieboder Leerlauf besteht die Gefahr, dass im Falle eines hoch beladenenFilters der Abgasmassenstrom abnimmt bei gleichzeitiger Erhöhung des Sauerstoffpartialdruckes.Dies kann zu einer Temperaturerhöhungim Dieselpartikelfilter führen,die zu dessen Zerstörungführenkann. Andere Zusammenhängegelten z.B. fürDesorptions-NOx-Abgasnachbehandlungssysteme bei Speicherkatalysatoren.
    [0005] Beiden in den vergangenen Jahren entwickelten Partikelfiltersystemenkann die Partikelemission bei Dieselfahrzeugen stark verringertwerden. Die Emissionsreduzierung beträgt z.B. mehr als 97% der Partikelmasse.Der Partikelfilter muss in gewissen Zeitabständen von seinen Rußablagerungenbefreit werden, damit der Durchflusswiderstand die Motorleistungnicht reduziert. Dazu wird die Rußschicht abgebrannt, wobeisich aus dem Ruß Kohlendioxyd CO2und Wasserdampf bilden. Zur Rußverbrennung sindAbgastemperaturen von z.B. > als550°C erforderlich.Diese Temperaturen werden im Fahrzeugeinsatz nicht zuverlässig erreicht,so dass Zusatzmaßnahmenfür dieRegeneration ergriffen werden. Grundsätzlich kann man zwischen aktivenund passiven Systemen fürdie Regeneration unterscheiden. Auch beim Einsatz von Systemen,durch die die Rußzündtemperaturabgesenkt wird, wie z.B. katalytischer Rußfilter, CRT-System oder katalytischen Kraftstoffzusätzen, müssen aktiveMaßnahmeneingesetzt werden, um einen sicheren Filterbetrieb realisieren zukönnen.
    [0006] DasCRT-System funktioniert schon, sobald Abgastemperaturen > als 250°C erreichtwerden. Dies kann jedoch bei modernen Dieselfahrzeugen auch nichtimmer sichergestellt werden, so dass sich zuviel Ruß im Filteransammeln kann, wodurch hohe Gegendrücke und Leistungsverringerungin der Brennkraftmaschinen entstehen. In diesen Fällen müssen normalerweiseaktive Systeme zugeschaltet werden, um die nötigen Abgastemperaturen zuerreichen. Dafürist jedoch bei allen MaßnahmenzusätzlicheEnergie (Wärme)notwendig, die letztendlich aus dem Kraftstoff erzeugt wird (z.B.elektrische Energie aus der Batterie zur Erzeugung von Wärme in einerHeizscheibe, Kraftstoffbrenner, Nacheinspritzung von Kraftstoffin den Motorbrennraum). Somit erhöht sich der Kraftstoffverbrauchdes Fahrzeuges durch das Abgasreinigungssystem. Auch bei anderen Abgasreinigungssystemenbzw. Abgasnachbehandlungssystemen, wie z.B. dem NOx-Speicherkatalysatorsind bestimmte Temperaturbereiche erforderlich, um die Funktion(Regeneration) sicherstellen zu können. Die Regenerationsmaßnahmen,d.h. u.a. die Wahl des Zeitpunktes, bei dem eine Regeneration einesPartikelfilters eingeleitet wird, orientiert sich heute z.B. ander gefahrenen Strecke (z.B. nach 400 bis 700 km) und der Druckdifferenz über demPartikelfilter. Sobald die Druckdifferenz um einen bestimmten Wertzugenommen hat bzw. eine bestimmte Strecke gefahren wurde, wirddie Regeneration eingeleitet, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind,die eine Regeneration ermöglichen,wie Motortemperatur, Abgastemperatur oder dgl. Insgesamt wird beibisherigen Abgasnachbehandlungssystemen eine Regeneration, alsoabhängigvom Beladungszustand und dem Betriebszustand, der Brennkraftmaschinedurchgeführt.
    [0007] DerErfindung liegt unter Berücksichtigung dervorstehend erläutertenZusammenhängedie Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlagebereitzustellen, mit dem unter Einhaltung möglichst guter Abgaswerte dieGefahr schädlicherAuswirkungen auf das Abgasnachbehandlungssystem und die Brennkraftmaschineminimiert wird.
    [0008] DieseAufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbeiist vorgesehen, dass der Steuereinrichtung die Fahrstrecke betreffendeInformationsdaten zugeführtwerden und dass die Regenerationszyklen unter Berücksichtigungder Informationsdaten gesteuert werden.
    [0009] Durchdie Ausnutzung von die Fahrstrecke betreffenden Informationsdatenzur Steuerung der Regenerationszyklen kann in vorausschauender Strategiez.B. vermieden werden, dass ein z.B. über mehrere Minuten andauernderRegenerationsvorgang eines Rußpartikelfiltersin Folge ungünstiger Motorbetriebsparameterbeendet werden muss bzw. zu einer Schädigung des Nachbehandlungssystems führt. Auchkann die Regeneration, die in der Regel mit schlechteren Abgaswertenals im Normalbetrieb verbunden ist, äußeren Anforderungen angepasst werden,z.B. in einem Tunnel unterbunden werden.
    [0010] VorteilhafteAusgestaltungsmöglichkeiten sindin den Unteransprüchenangegeben. So wird eine vorteilhafte Ausnutzung von Informationenbei geringem Aufbauaufwand dadurch erreicht, dass die Informationsdatenvon einem globalen Positionsbestimmungssystem, einem Verkehrstelematiksystem, einemFahrstreckenrechner und/oder einem Navigationssystem zugeführt werden.
    [0011] Dersteuerungstechnische Aufwand kann z.B. dadurch gering gehalten werden,dass die Informationsdaten mittels der Steuereinrichtung oder einervorgeschalteten Recheneinheit aus allgemeineren Fahrstreckendatenextrahiert werden.
    [0012] VerschiedeneMöglichkeiten,die Information überdie Fahrstrecke bereitzustellen, bestehen darin, dass die Informationsdatenund/oder die Fahrstreckendaten vor Fahrtantritt oder aktuell während der Fahrtermittelt werden.
    [0013] VorteilhafteMaßnahmenbei der Steuerungsstrategie bestehen darin, dass in der Steuereinrichtungin Abhängigkeitvon den Informationsdaten ermittelt wird, ob ein aufgrund einerRegenerationsanforderung eines Abgasnachbehandlungssystems vorgesehenerRegenerationsvorgang vorgezogen oder verzögert wird und dass der Regenerationszyklusin Abhängigkeitvon diesem Ermittlungsergebnis gegebenenfalls modifiziert wird.
    [0014] Alternativoder zusätzlichkann dabei vorgesehen sein, dass in der Steuereinrichtung in Abhängigkeitvon den Informationsdaten ermittelt wird, ob ein modifizierter Regenerationsvorgang(Regenerationsprozess, Regenerationsphase) durchgeführt wird.Verschiedene modifizierte Regenerationsvorgänge und damit auch Regenerationszyklenkönnen z.B.durch eine aktuelle Berechnung entsprechend einer vorgegebenen Modellierungaktuell ermittelt werden oder abgespeichert sein und aufgrund bestimmterKriterien zur Durchführungder Regenierung aus dem Speicher entnommen werden.
    [0015] Eineweitere vorteilhafte Maßnahmezur Durchführungdes Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die Informationsdaten oderFahrtstreckendaten aufbereitet und über einen Bus zu der Steuereinrichtunggeführtwerden, so dass z.B. relevante Daten über einen vorhandenen CAN-Buszugeführtwerden können.Für einevorteilhafte Steuerungsstrategie ist es ferner günstig, dass die InformationsdatenAngaben überSteigungen, Gefällstrecken,abgaskritische Strecken und/oder Verkehrsstaus beinhalten.
    [0016] Zueiner Optimierung des Verfahrens tragen des Weiteren die Maßnahmenbei, dass bei einer Steigung die höhere Temperatur der Brennkraftmaschinefür einenRegenerationsvorgang einbezogen wird, und/oder dass bei einer bevorstehendenGefällstreckeoder einer abgaskritischen Strecke ein Regenerationsvorgang aufder Grundlage einer Optimierungsstrategie verzögert, vorgezogen und/oder verkürzt wird.
    [0017] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmeauf die Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0018] 1 einschematisches Blockschaltbild für eineAnordnung zur Durchführungdes Verfahrens zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlageund
    [0019] 2 einAusführungsbeispielfür einen Steuerungsteileiner in 1 gezeigten Steuerungseinrichtungmit einem Zustandsautomaten.
    [0020] Gemäß 1 werdeneiner Steuerungseinrichtung 10 mit einem Zustandsautomatenzur Regeneration außerden Signalen bzw. Daten eines Abgasnachbehandlungssystems 1 desWeiteren die Fahrstrecke des Fahrzeuges betreffende Informationsdateneines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) 30 und/odereines Verkehrstelematiksystems 20 zugeführt, um eine Regeneration desNachbehandlungssystems übereine geeignete Vorrichtung 40 zu starten. Die zu regenierendeAbgasnachbehandlungsanlage ist einer in einem Fahrzeug angeordnetenBrennkraftmaschine zugeordnet.
    [0021] Mitden z.B. von dem globalen Positionsbestimmungssystem 30 oderdem Verkehrstelematiksystem 20 oder ähnlichem System mit Fahrstreckenrechnerund/oder Navigationssystem der Steuereinrichtung 10 zugeführten Informationsdatenkann nun einefahrtstreckenabhängige,vorausschauende Regenerationsstrategie getroffen werden, die inder Steuereinrichtung 10 in Verbindung mit den Daten desAbgasnachbehandlungssystems 1 ermittelt wird. Die Regenerationsstrategieist darauf ausgerichtet, dass eine Regeneration vermieden wird,wenn sie mit ungünstigenMotorbetriebszuständenund/oder äußeren Bedingungenzusammentreffen würde.Die von z.B. dem globalen Positionsbestimmungssystem 30 und/oderdem Verkehrstelematiksystem 20 zugeführten Informationsdaten betreffenbeispielsweise Verkehrsstörungen,die zu einem Stoppen des Fahrzeuges und damit einem Übergangin den unteren Leerlauf führenkönnen.Hierzu könnenz.B. vor Beginn einer Regeneration eines in der Abgasnachbehandlungsanlageangeordneten Dieselpartikelfilters die Information über denaktuellen Standort und die Fahrtrichtung aus dem globalen Positionsbestimmungssystem 30 mitden Informationen des Verkehrstelematiksystems 20 über Verkehrsstörungen abgeglichenwerden. So kann verhindert werden, dass im Betrieb kurz vor Auffahrenauf eine Verkehrsstörungeine Regeneration des Partikelfilters eingeleitet wird und die eingangsbeschriebene exotherme Funktion beginnt. Denkbar sind auch Beeinflussungendes Regenerationsverhaltens bzw. des Regenerationszyklus mit demRegenerationsvorgang, wie er von dem Abgasnachbehandlungssystem 1 inAbhängigkeitallein von den Informationen des globalen Positionsbestimmungssystems 30 vorgesehenist, wie z.B. die Verhinderung einer Regeneration kurz vor Einfahrtin einen Straßentunneloder ein Parkhaus.
    [0022] Bedingtdurch Streckenzeitkonstanten von Abgasnachbehandlungssystemen 1 sindteilweise Regenerationszeiten, d.h. Dauern von Regenerationsvorgängen imMinutenbereich erforderlich. Dynamische Änderungen des Motorbetriebszustandesfinden jedoch üblicherweisemit deutlich kleineren Zeitkonstanten statt. Um Regenerationen vollständig durchführen zukönnenoder kritische Systemzuständezu verhindern, werden die die Fahrtstrecke betreffenden Informationsdatenvorausschauend geeignet ausgewählt.
    [0023] Dabeiwerden die von dem globalen Positionsbestimmungssystem 30,dem Verkehrstelematiksystem 20 oder einem Fahrtstreckenrechneroder dgl. fürdie Steuereinrichtung 10 beispielsweise eines Motorsteuergerätes in geeigneterForm z.B. übereinen CAN-Bus geführtund in dieser Form übergeben. Hierbeiist es nicht unbedingt erforderlich, die vollständige Information zu übergeben.
    [0024] Ausreichendist z.B. eine Information über dieZulässigkeitder entsprechenden Regenerationsmaßnahmen. Die Übergabekann z.B., wie in 2 gezeigt, in Form einer Bitleiste 11 betreffenddie Information des globalen Positionsbestimmungsssystems 30 und/odereiner Bitleiste 12 betreffend die Information des Verkehrstelematiksystems 20 erfolgen.Vorstellbar ist z.B. eine Bitleiste 11 für die GPS-Informationenund eine Bitleiste 12 fürdie Informationen der Verkehrstelematik. Sofern erforderlich, werdendiese beiden Bitleisten 11, 12 in der Steuereinrichtung 10 bzw.dem Motorsteuergerätlogisch mittels einer entsprechenden Verknüpfungseinheit 13 verknüpft. BeimVorliegen eines Wahrheitswertes der verknüpften Signale wird eine vondem Abgasnachbehandlungssystem 1 angeforderte Regenerationgemäß einerANB-Anforderung 15 verhindert. Die Wahrheitswerte der soaufgebauten Verarbeitungsanordnung finden sich in einer Logiktabelle 16.Um die von dem Abgasnachbehandlungssystem 1 angeforderteRegeneration zu verhindern, kann z.B. ein entsprechendes Verknüpfungsglied 14.1 einesVerarbeitungsteils 14 vorgesehen sein. Das Ausgangssignaldes z.B. in Form eines UND-Glieds bestehenden Verknüpfungsglieds 14.1 wirdbeispielsweise überein Negierglied 14.2 einem weiteren Verknüpfungsglied 14.3 inForm eines UND-Glieds zugeführt,dem als weiteres Eingangssignal die Regenerationsanforderung 15 des Abgasnachbehandlungssystems 1 zumErzeugen einer korrigierten Regenerationsanforderung zugeführt ist.
    [0025] HeutigeNavigationssysteme in Kraftfahrzeugen dienen in der Regel der Routenplanungund Zielführung.Vorliegend sind insbesondere auch Navigationssysteme von Vorteil,die neben der Straßenkarte zusätzlich auchInformationen zur Geländeformund damit zu Steigungsstrecken und Gefällen von Fahrbahnen enthalten.Fährt dasFahrzeug eine Steigungsstrecke, so entstehen dabei deutlich höhere Abgastemperaturen,als wenn das Fahrzeug in der Ebene oder auch auf einer Gefällstreckegefahren wird, weil bei der Bergfahrt höhere Motorleistungen benötigt werden.Diese höherenAbgastemperaturen könnenausgenutzt werden, um z.B. bei Dieselfahrzeugen einen Partikelfilterzu regenieren. Falls die Abgastemperatur für die Regeneration nicht ausreicht,müssenauch hier aktive Maßnahmeneingesetzt werden. Die notwendige Temperaturerhöhung ist jedoch geringer alsohne die erhöhteLast durch die Fahrbahnsteigung, so dass die Fahrbahnsteigung für die Regenerationpositiv ausgenutzt werden kann.
    [0026] Miteinem Navigationssystem, das Informationen zur Geländeformenthält,kann die Regenerationsstrategie, z.B. die Wahl des Zeitpunktes,bei dem eine Regeneration des Partikelfilters eingeleitet wird, oderwelche Parameter fürdie Regeneration gewählt werden,optimiert werden, wobei vorausschauend eine günstige Fahrstrecke, wie z.B.Steigung, fürdie Regeneration gewähltwird. Dadurch kann z.B. nach einer bestimmten Fahrstrecke, nachder wahrscheinlich eine Regeneration erforderlich wird, geprüft werden,ob auf der geplanten Fahrtroute in nicht zu großer Entfernung eine Steigungsstreckegefahren wird. Dann kann die Regeneration gezielt dort eingeleitet werden.Mit einem solchen vorausschauenden System ist es möglich, dieRegenerationsstrategie und den Kraftstoffverbrauch für die Regenerationsmaßnahmendeutlich zu verbessern.
    [0027] Grundsätzlich könnte dasNavigationsgerät auchohne eingegebene Fahrtroute Informationen zum optimierten Betriebdes Abgasnachbehandlungssystems an das Motorsteuergerät bzw. die Steuereinrichtung 10 liefern,indem z.B. aus der Position des Fahrzeugs und der Fahrtroute mögliche Steigungsstreckenermittelt werden, die wahrscheinlich angefahren werden. Dann kannwiederum dort eine Regeneration ausgelöst werden. Außerdem kanndas Einleiten eines Regenerationsvorganges auch auf einen späteren Zeitpunktverschoben werden, wenn aufgrund der Informationen von der Steuereinrichtung 10 abzusehenist, dass die Fahrzeit, die bis zur nächsten Gefällstrecke benötigt wird,nicht mehr fürdie vollständigeRegeneration ausreicht, da bei einer Gefällstrecke die Abgastemperatursinkt, weil eine niedrigere Motorleistung zum Betrieb des Fahrzeugsbenötigtwird bzw. der Motor in den Schubbetrieb geht.
    [0028] Zudemkann mit dem Navigationsgerätverhindert werden, dass eine Filterregeneration z.B. in Tunnelseingeleitet wird. Dies ist sinnvoll, da bei der Regeneration einesPartikelfilters u.U. Substanzen entstehen können, die die Luft zusätzlich belasten.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage,insbesondere eines Partikelfilters, einer in einem Fahrzeug angeordneten Brennkraftmaschinemit von einer Steuereinrichtung (10) gesteuerten Regenerationszyklen, dadurchgekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (10)die Fahrstrecke betreffende Informationsdaten zugeführt werdenund dass die Regenerationszyklen unter Berücksichtigung der Informationsdatengesteuert werden.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Informationsdaten von einem globalen Positionsbestimmungssystem(30), einem Verkehrstelematiksystem (20), einemFahrstreckenrechner und/oder einem Navigationssystem zugeführt werden.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie Informationsdaten mittels der Steuereinrichtung (10)oder einer vorgeschalteten Recheneinheit aus allgemeineren Fahrstreckendatenextrahiert werden.
    [4] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass Informationsdaten und/oder die Fahrstreckendatenvor Fahrtantritt oder aktuell währendder Fahrt ermittelt werden.
    [5] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (10)in Abhängigkeit vonden Informationsdaten ermittelt wird, ob ein aufgrund einer Regenerationsanforderungeines Abgasnachbehandlungssystems (1) vorgesehener Regenerationsvorgangvorgezogen oder verzögertwird und dass der Regenerationszyklus in Abhängigkeitvon diesem Ermittlungsergebnis gegebenenfalls modifiziert wird.
    [6] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (10) in Abhängigkeitvon den Informationsdaten ermittelt wird, ob ein modifizierter Regenerationsvorgangdurchgeführtwird.
    [7] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Informationsdaten oder Fahrtstreckendatenaufbereitet und übereinen Bus zu der Steuereinrichtung (10) geführt werden.
    [8] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Informationsdaten Angaben über Steigungen,Gefällstrecken,abgaskritische Strecken und/oder Verkehrsstaus beinhalten.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dassbei einer Steigung die höhereTemperatur der Brennkraftmaschine für einen Regenerationsvorgang einbezogenwird, und/oder dass bei einer bevorstehenden Gefällstreckeoder einer abgaskritischen Strecke ein Regenerationsvorgang aufder Grundlage einer Optimierungsstrategie verzögert, vorgezogen und/oder verkürzt wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-01-20| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-02-03| 8125| Change of the main classification|Ipc: F01N9/00 AFI20051017BHDE |
    2013-05-08| R016| Response to examination communication|
    2017-07-19| R016| Response to examination communication|
    2018-02-26| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2019-03-08| R020| Patent grant now final|
    2020-07-07| R084| Declaration of willingness to licence|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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