DE102006005505A1

DE102006005505A1 - Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE102006005505A1
Application number: DE102006005505A
Authority: DE
Inventors: Oliver Marquardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-06-06
Also published as: JP2007154884A; US20070125074A1; FR2894285A1

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren zur Steuerung der Regeneration einer in einem Abgasstrang (33) einer zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Brennkraftmaschine (30) angeordneten Abgasreinigungsanlage (35), die in periodischen Abständen von wenigstens einer eingelagerten Abgaskomponente regeneriert wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Eine Berechnung einer Fahrtroute erfolgt aufgrund einer Eingabe durch eine Bedienperson. Eine erforderliche Regeneration der Abgasreinigungsanlage (35) beeinflusst die Berechnung der Fahrtroute. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht neben einem Schutz der Abgasreinigungsanlage (35) vor unzulässig hohen Temperaturen einen Schutz vor einer Schadstoffbelastung der Luft auf bestimmten Fahrtstrecken und darüber hinaus eine energieeffiziente Regeneration der Abgasreinigungsanlage (35).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung der Regeneration einer Abgasreinigungsanlage und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

In der DE 199 06 287 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine beschrieben, welches in regelmäßigen Abständen regeneriert wird. Die Regeneration erfolgt in Abhängigkeit von einem Maß für den Beladungszustand des Partikelfilters. Ohne eine Konditionierung der Partikel oxidieren die Partikel ab einer Temperatur von etwa 550 °C. Mit dem Erreichen der Zündtemperatur wird eine exotherme Reaktion in Gang gesetzt, die einen Abbrand der Partikel bewirkt. Hierbei regeneriert das Partikelfilter innerhalb von einigen Minuten. Eine hohe Sauerstoffkonzentration im Abgas erhöht die Abbrand-Geschwindigkeit. Ein verminderter Abgas-Volumenstrom führt zu einer Temperaturerhöhung und erhöht damit ebenso die Abbrand-Geschwindigkeit, kann aber auch zu lokalen Temperaturüberhöhungen führen. Eine hohe Materialbelastung kann demnach auftreten, wenn bei einer stattfindenden Regeneration der Abgas-Volumenstrom verringert wird, beispielsweise wenn ein Verkehrsstau erreicht wird, wenn beispielsweise das Fahrziel erreicht und die Brennkraftmaschine abgestellt wird oder wenn zusätzlich ein hoher Sauerstoff-Anteil im Abgas auftritt wie beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine oder bei einer Schubabschaltung. Hohe Temperaturen können zu einer Beschädigung des Partikelfilters führen.

In der DE 197 39 848 A1 sind verschiedene Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Aufgrund der endlichen Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators muss zwischen durch eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators vorgesehen werden, die durch ein Angebot von Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenmonoxid erfolgt, welche beispielsweise innermotorisch bereitgestellt werden können. Eine unerwünschte Schwefel-Einlagerung in den NOx-Speicherkatalysator kann durch ein Betreiben des NOx-Speicherkatalysators bei hohen Temperaturen mit einem fetten Abgas beseitigt werden. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der DE 198 43 859 A1 beschrieben.

Eine Erhöhung der Abgastemperatur zum Einleiten der Regeneration von Abgasreinigungsanlagen kann beispielsweise durch eine Oxidation von brennbaren Abgas-Bestandteilen an einer katalytisch wirksamen Oberfläche erhalten werden. Die katalytisch wirksame Oberfläche kann beispielsweise im Partikelfilter enthalten sein. In einem Katalysator, beispielsweise einem (NOx)-Speicherkatalysator, ist die katalytisch wirksame Oberfläche prinzipbedingt ohnehin vorhanden.

Aus der EP 1 222 377 B1 ist eine Vorgehensweise bekannt geworden, bei welcher ein Navigationsgerät, welches einen Fahrtrechner enthält, die Regeneration eines Speicherkatalysators als ein Beispiel für eine Abgasereinigungsanlage beeinflusst. Ein Steuergerät, welches die Regeneration beeinflusst, ist mit einem Navigationsgerät verbunden, das wenigstens die Daten über den aktuellen Standort des Kraftfahrzeugs und die Fahrtroute des Kraftfahrzeugs kennt. Mit dem Steuergerät wird die Regeneration des Speicherkatalysators in Abhängigkeit vom Standort und der Fahrtroute beeinflusst, wobei die Reinigung des Speicherkatalysators vorzeitig durchgeführt wird, wenn die Fahrtroute erwarten lässt, dass eine spätere Reinigung nicht möglich ist. Es kann vorkommen, dass eine Regeneration auf der Fahrtroute in einem Streckenbereich stattfinden muss, der für eine Regeneration ungeeignet ist, wodurch eine erhöhte Materialbelastung des Speicherkatalysators oder eine unvollkommene Regeneration auftreten kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem möglichst günstige Voraussetzungen für eine Regeneration geschaffen werden.

Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Steuerung der Regeneration einer in einem Abgasstrang einer zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Brennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsanlage, die in periodischen Abständen von wenigstens einer eingelagerten Abgaskomponente regeneriert wird, bei welchem eine Fahrtroute des Kraftfahrzeugs aufgrund einer Vorgabe berechnet wird, sieht vor, dass eine erforderliche Regeneration der Abgasreinigungsanlage die Berechnung der Fahrtroute beeinflusst.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise greift in die Berechnung einer von einer Bedienperson vorgegebenen Fahrtroute ein. Vorgegeben wird zumindest das Fahrtziel. Der Fahrrechner des von der Bedienperson bedienten Navigationsgerätes kann die Fahrtroute im Hinblick auf eine erforderliche Regeneration der Abgasereinigungsanlage beeinflussen. Hierdurch wird eine bessere Regeneration möglich. Beispielsweise kann durch die Beeinflussung der Fahrtroute ein Streckenabschnitt mit niedrigem Abgas-Volumenstrom und/oder hohem Sauerstoffgehalt, wie beispielsweise beim innerstädtischen Betrieb oder beim Schubbetrieb, umgangen werden. Wie bereits eingangs erwähnt, können ein geringer Abgas-Volumenstrom und ein hoher Sauerstoffgehalt zumindest zu lokalen Temperaturüberhöhungen führen und die Abgasreinigungsanlage beschädigen. Ebenso kann durch eine Beeinflussung der Fahrtroute ein gegebenenfalls vorhandener Verkehrsstau umgangen werden, bei welchem ebenfalls mit einem geringen Abgas-Volumenstrom und einem hohen Abgas-Sauerstoffgehalt zu rechnen ist.

Der zusätzliche Aufwand zur Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist vergleichsweise gering, da viele Kraftfahrzeuge bereits über ein Navigationssystem verfügen, welches einen Fahrtrechner mit Routenplanung beinhaltet.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Fahrtroute anhand von hinterlegten oder errechneten Beurteilungskriterien auf ihre Eignung für eine Regeneration beeinflusst wird. Mit dieser Maßnahme werden zumindest eine, vorzugsweise jedoch mehrere Fahrtrouten im Hinblick auf die Regeneration bewertet, wobei die am besten geeignete Fahrtroute gefunden werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise greift nach einer Vorgabe der gewünschten Fahrtroute, von der zumindest das Ziel vorzugeben ist, und bei einer erforderlichen Regeneration der Abgasreinigungsanlage. Hierbei kann gegebenenfalls die Bedienperson des Navigationsgerätes eingebunden werden. Gemäß einer Ausgestaltung ist zunächst vorgesehen, dass die berechnete Fahrtroute vorgegeben wird. Hierbei wird die Bedienperson bei der Festlegung der Fahrtroute nicht eingebunden. Eine Interaktion mit der Bedienperson findet nicht statt. Eine andere Ausgestaltung sieht dagegen vor, dass die berechnete Fahrtroute vorgeschlagen wird. Mit dieser Maßnahme wird eine Eingabe von einer Bedienperson erforderlich, die dem Vorschlag zustimmt oder den Vorschlag ablehnt.

Als Beurteilungskriterien bei der Bewertung der Fahrtroute können insbesondere die voraussichtliche Fahrtdauer und/oder die Streckentopologie und/oder bekannte Verkehrsstörungen und/oder der voraussichtliche Kraftstoffverbrauch herangezogen werden. Die Beurteilungskriterien setzen auf vorhandene Informationen im Navigationsgerät auf, die nach Eingabe der gewünschten Fahrtroute entweder im Navigationsgerät bereits zur Verfügung stehen oder von einem Datenträger und/oder über eine Funkverbindung nachgeladen werden können.

Wenn als Beurteilungskriterien, nach denen eine Fahrtroute als geeignet für eine Regeneration bewertet wird, die Vermeidung von Betriebszuständen mit geringen Abgas-Volumenstrom und/oder einem hohen Abgas-Sauerstoffgehalt zugrunde gelegt werden, kann die Sicherheit der Abgasreinigungsanlage während der Regeneration in den Vordergrund gestellt werden. In diesem Fall werden Strecken mit längerem Schubbetrieb, wie Talabfahrten, vermieden und Strecken mit einem ausreichenden Anteil an Autobahn und/oder Schnellstraße bevorzugt.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass als Beurteilungskriterien, nach denen eine Fahrtroute als geeignet für eine Regeneration bewertet wird, eine ausreichende verbleibende Fahrtdauer zur vollständigen Durchführung einer Regeneration zugrunde gelegt wird. Zusätzlich oder alternativ kann anhand eines vorgegebenen oder errechneten Entscheidungskriteriums entschieden werden, ob eine bereits begonnene Regeneration beibehalten oder abgebrochen wird. Mit diesen Maßnahmen, kann eine energie-effiziente Durchführung der Regeneration der Abgasreinigungsanlage in den Vordergrund gestellt werden. Bevorzugt wird in diesem Fall eine Fahrt auf einer Autobahn oder auf einer Schnellstraße, bei welcher mit einer für längere Zeit vorliegenden erhöhten Last gerech net werden kann, bei welcher eine erhöhte Abgastemperatur auftritt, sodass die gegebenenfalls erforderlichen Heizmaßnahmen zum Beheizen der Abgasreinigungsanlage einen geringeren Energieaufwand erforderlich machen.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass als Beurteilungskriterien, nach denen eine Fahrtroute als geeignet für eine Regeneration bewertet wird und/oder der Zeitpunkt und/oder Ort des Starts der Regeneration auf dieser Fahrtroute bestimmt wird, das Auftreten einer erhöhten Schadstoffbelastung im Abgas während der Regeneration zugrunde gelegt wird. Damit kann eine im Hinblick auf die Abgas-Emissionen optimierte Regeneration der Abgasreinigungsanlage in den Vordergrund gestellt werden. Hierbei können beispielsweise Tunnel, Wohngebiete oder bestimmte Schutzgebiete, wie beispielsweise Kurzonen, umgangen werden.

Sollten während einer Fahrt aktuelle Einflüsse, wie beispielsweise eine Staumeldung oder ein Wunsch zur Fahrtunterbrechung, einen Abbruch der Regeneration erforderlich machen, so kann dies erreicht werden, indem der Fahrtrechner eine begonnene Regeneration abbrechen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration einer in einem Abgasstrang einer zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Brennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsanlage, die in periodischen Abständen von wenigstens einer eingelagerten Abgaskomponente regeneriert wird, bei welcher eine Berechnung einer Fahrtroute des Kraftfahrzeugs aufgrund einer Vorgabe vorgesehen ist, sieht eine zur Durchführung des Verfahrens speziell hergerichtete Brennkraftmaschinen-Steuerung und einen speziell hergerichteten Fahrtrechner vor.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Zeichnung
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsanlage.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 30 mit einer Abgasreinigungsanlage 35 und einer Brennkraftmaschinen-Steuerung 10, welche die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 30 steuert.
Die Brennkraftmaschine 30 wird über einen Zuluftkanal 31 mit Verbrennungsluft versorgt.
Eine Kraftstoffzumessung kann, gegebenenfalls zylinderindividuell, über Einspritzdüsen 32 erfolgen, von denen eine Einspritzdüse symbolisch dargestellt ist. Hierbei wird die Kraftstoffmenge von der Motorsteuerung 10 festgelegt.
Über einen Abgasstrang 33, an den auch eine Abgasrückführung angeschlossen sein kann, wird das Abgas aus der Brennkraftmaschine 30 einer Abgasreinigungsvorrichtung 35 zugeführt, die beispielsweise einen (NOx-)Speicherkatalysator und/oder ein Partikelfilter enthält. Das Partikelfilter kann einen integrierten Katalysator enthalten, der einerseits zur Reinigung des Abgases und andererseits zur Unterstützung einer exothermen Reaktion von brennbaren Abgas-Bestandteilen zur Beheizung des Partikelfilters vorgesehen sein kann.
Der Sauerstoffgehalt des Abgases kann mit einer Abgassonde 34 gemessen und der Brennkraftmaschinen-Steuerung 10 zugeführt werden kann.
In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung der Abgasreinigungsanlage 35 kann eine Regeneration der Abgasreinigungsanlage 35 erforderlich werden. Das ist beispielsweise bei einer Ausgestaltung als Speicherkatalysator und/oder Partikelfilter der Fall. Die Regeneration kann durch zusätzliches Einspritzen von Kraftstoff mittels der Einspritzdüsen 32 oder mit anderen Maßnahmen einerseits zur Erhöhung der Abgastemperatur und andererseits zur Bereitstellung eines gegebenenfalls erforderlichen Reagenzmittels bewerkstelligt werden.
Zur Festlegung des Erfordernisses für eine Regeneration und zur Steuerung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 30 während der Regeneration ist in der Brennkraftmaschinen-Steuerung 10 eine Regenerationssteuerung 11 vorgesehen. Gemäß dem Stand der Technik gibt diese beispielsweise auf Basis der Auswertung des Druckabfalls an der Abgasreinigungsanlage 35, insbesondere, wenn die Abgasreinigungsanlage 35 ein Partikel filter enthält, ein Signal an die Brennkraftmaschinen-Steuerung 10 ab zum signalisieren, dass eine Regeneration der Abgasreinigungsanlage 35 erforderlich ist.
Nach dem Start der Regeneration sollten bestimmte Betriebszustände vermieden werden, welche die Abgasreinigungsanlage 35 beschädigen könnten. Beispielsweise können bei hoch beladenen Partikelfiltern beim Übergang in den Schubbetrieb wegen geringem Abgas-Volumenstrom und/oder hohem Sauerstoffgehalt gegebenenfalls unzulässig hohe Temperaturen in der Abgasreinigungsanlage 35 auftreten.
Die Regenerationssteuerung 11 meldet das Erfordernis einer Regeneration zunächst einem Fahrtrechner 20, wie er beispielsweise bei der Routenplanung in Navigationssystemen benutzt wird.
Erfindungsgemäß ist eine Beeinflussung der berechneten Fahrtroute aufgrund der erforderlichen Regeneration der Abgasreinigungsanlage 35 vorgesehen.
Der Fahrtrechner 20 enthält eine Beurteilungsstufe 21, welche die vorgesehene Fahrtroute dahingehend beurteilen kann, ob sie für eine Regeneration geeignet erscheint. Ist dies der Fall, wird diese Fahrtroute gewählt. Ist dies nicht der Fall, kann eine neue Fahrtroute berechnet werden. Der Fahrtrechner 20 kann ohne einen Eingriff durch die Bedienperson die Fahrtroute festlegen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Fahrtroute einer Bedienperson über eine mit dem Fahrtrechner 20 verbundene Ein- und Ausgabeeinheit 22 vorgeschlagen wird. Die Bedienperson kann die Fahrtroute annehmen, abändern oder ablehnen. Bietet die Bedienperson eine geänderte Fahrtroute an, kann diese von der Beurteilungsstufe 21 bewertet und gegebenenfalls angenommen werden. Sollte diese Fahrtroute nicht geeignet sein, kann der Fahrtrechner 20 eine weitere Fahrtroute berechnen, in der Beurteilungsstufe 21 bewerten und vorschlagen. Hat die Beurteilungsstufe 21 erkannt, dass die geplante Fahrtroute geeignet ist, kann über den Fahrtrechner 20 und die Brennkraftmaschinen-Steuerung 10 ein Signal zum Start einer Regeneration der Abgasreinigungsanlage 35 gegeben werden.
Der Fahrtrechner 20 kann die Fahrtroute anhand von hinterlegten oder errechneten Beurteilungskriterien auf ihre Eignung für einen Regenerationsvorgang berechnen. Als Beurteilungskriterien sind beispielsweise die voraussichtliche Fahrtdauer und/oder die Streckentopologie und/oder bekannte Verkehrsstörungen und/oder der voraussichtliche Kraft stoffverbrauch vorgesehen. Als Beurteilungskriterien, nach denen eine Fahrtroute als geeignet für einen Regenerationsvorgang bewertet wird, können alternativ oder zusätzlich die Vermeidung von Betriebszuständen mit geringem Abgasvolumenstrom und/oder einem hohen Sauerstoffgehalt des Abgases vorgesehen sein. Als Beurteilungskriterium, nach dem eine Fahrtroute als geeignet für einen Regenerationsvorgang bewertet wird, kann alternativ oder zusätzlich eine ausreichende verbleibende Fahrtdauer zur vollständigen Durchführung einer Regeneration vorgesehen sein. Als Beurteilungskriterien, nach dem eine Fahrtroute als geeignet für einen Regenerationsvorgang bewertet wird, kann alternativ oder zusätzlich das Auftreten einer erhöhten Schadstoffbelastung im Abgas während der Regeneration vorgesehen sein.
Stellt der Fahrtrechner 20 durch eine Benutzereingabe mittels der Ein- und Ausgabeeinheit 22, aus einer abgeänderten Fahrtroute oder durch Informationen aus Verkehrsmeldungen fest, dass die weitere Fahrtroute für den Abschluss des Regenerationszyklus nicht geeignet erscheint, kann der Fahrtrechner 20 ein Signal zum Abbruch an die Brennkraftmaschinen-Steuerung 10 abgeben.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht daher durch eine Beeinflussung der im Fahrtrechner 20 berechneten Fahrtroute in Abhängigkeit von einer erforderlichen Regeneration der Abgasreinigungsanlage 35 neben einem Schutz der Abgasreinigungsanlage 35 vor unzulässig hohen Temperaturen einen Schutz vor einer Schadstoffbelastung der Luft auf bestimmten Fahrtstrecken und darüber hinaus eine energie-effiziente Regeneration der Abgasreinigungsanlage 35.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Regeneration einer in einem Abgasstrang (33) einer zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Brennkraftmaschine (30) angeordneten Abgasreinigungsanlage (35), die in periodischen Abständen von wenigstens einer eingelagerten Abgaskomponente regeneriert wird, bei welchem eine Fahrtroute aufgrund einer Vorgabe berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erforderliche Regeneration der Abgasreinigungsanlage (35) die Berechnung der Fahrtroute beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtroute anhand von hinterlegten oder errechneten Beurteilungskriterien auf ihre Eignung für einen Regenerationsvorgang berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Fahrtroute vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Fahrtroute vorgeschlagen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Beurteilungskriterien die voraussichtliche Fahrtdauer und/oder die Streckentopologie und/oder bekannte Verkehrsstörungen und/oder der voraussichtliche Kraftstoffverbrauch herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungskriterien, nach denen eine Fahrtroute als geeignet für einen Regenerationsvorgang bewertet wird, die Vermeidung von Betriebszuständen mit geringem Abgasvolumenstrom und/oder einem hohen Sauerstoffgehalt des Abgases bewirken.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungskriterien, nach denen eine Fahrtroute als geeignet für einen Regenerationsvorgang bewertet wird, eine aus reichende verbleibende Fahrtdauer zur vollständigen Durchführung einer Regeneration bewirken.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungskriterien, nach denen eine Fahrtroute als geeignet für einen Regenerationsvorgang bewertet und/oder der Zeitpunkt und/oder Ort des Beginns der Regeneration auf diese Route bestimmt wird, das Auftreten einer erhöhten Schadstoffbelastung im Abgas während der Regeneration berücksichtigen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines vorgegebenen oder errechneten Entscheidungskriteriums entschieden wird, ob eine begonnene Regeneration beibehalten oder abgebrochen wird.
Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration einer in einem Abgasstrang (33) einer zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Brennkraftmaschine (30) angeordneten Abgasreinigungsanlage (35), die in periodischen Abständen von wenigstens einer eingelagerten Abgaskomponente regeneriert wird, bei welcher eine Berechnung einer Fahrtroute aufgrund einer Vorgabe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche speziell hergerichtete Brennkraftmaschinen-Steuerung (10, 11) und ein speziell hergerichteter Fahrtrechner (20, 21) vorgesehen sind.