DE102011112343B4 - Method and device for regenerating a filter of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regeneration eines Filters (4) eines Fahrzeugs (10),wobei das Fahrzeug (10) einen Energiespeicher (5), einen Generator (6) und einen Verbrennungsmotor (7) umfasst,wobei ein Energieinhalt des Energiespeichers (5) in Abhängigkeit einer bevorstehenden Regeneration verringert wird,wobei während der Regeneration der Energieinhalt des Energiespeichers (5) erhöht wird, indem der Verbrennungsmotor (7) den Energiespeicher (5) über den Generator (6) lädt, wobei der Energieinhalt des Energiespeichers (5) vor der Regeneration unter einen vorbestimmten Prozentsatz eines maximalen Energieinhalts des Energiespeichers (5) verringert wird, undwobei der vorbestimmte Prozentsatz umso tiefer ist, je höher eine erfasste Temperatur außerhalb des Fahrzeugs (10) ist.Method for regenerating a filter (4) of a vehicle (10), the vehicle (10) comprising an energy store (5), a generator (6) and an internal combustion engine (7), wherein an energy content of the energy store (5) depends on a imminent regeneration is reduced, with the energy content of the energy store (5) being increased during the regeneration by the internal combustion engine (7) charging the energy store (5) via the generator (6), the energy content of the energy store (5) before the regeneration being below a predetermined percentage of a maximum energy content of the energy store (5) is reduced, and wherein the predetermined percentage is lower, the higher a detected temperature outside the vehicle (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um ein Filter eines Fahrzeugs, insbesondere ein Diesel-Partikelfilter, zu regenerieren.The present invention relates to a method and a device for regenerating a filter of a vehicle, in particular a diesel particle filter.
Die
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Eine Regeneration eines Diesel-Partikelfilters (DPF) ist im unteren Lastbereich des Dieselmotors, insbesondere im Leerlauf, um so schwieriger durchzuführen, je niedriger die Lastanforderung an den Dieselmotor ist. Wie oben beschrieben ist, werden daher nach dem Stand der Technik beispielsweise zusätzliche elektrische Verbraucher eingeschaltet, um die Lastanforderung an den Motor zu erhöhen. Dieses Vorgehen weist jedoch den Nachteil auf, dass der Gesamtverbrauch des Fahrzeugs durch die zusätzlich eingeschalteten Verbraucher ansteigt.A regeneration of a diesel particulate filter (DPF) is in the lower load range of the diesel engine, especially when idling, the more difficult to carry out, the lower the load requirement on the diesel engine. As described above, additional electrical consumers are therefore switched on according to the prior art, for example, in order to increase the load requirement on the engine. However, this procedure has the disadvantage that the total consumption of the vehicle increases due to the consumers that are also switched on.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Filter eines Fahrzeugs zu regenerieren, wobei der Gesamtverbrauch des Fahrzeugs zumindest weniger stark ansteigt als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.The object of the present invention is therefore to regenerate a filter of a vehicle, the overall consumption of the vehicle increasing at least less than is the case with the prior art.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Regeneration eines Filters nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zur Regeneration eines Filters nach Anspruch 6 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.According to the invention, this object is achieved by a method for regenerating a filter according to claim 1, by a device for regenerating a filter according to
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Regeneration eines Filters (insbesondere eines Diesel-Partikelfilters) eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei umfasst das Fahrzeug einen Energiespeicher, einen Generator und einen Verbrennungsmotor insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs. Abhängig von einer bevorstehenden Regeneration des Filters wird ein Energieinhalt des Energiespeichers gezielt verringert. Während der Regeneration wird dagegen der Energieinhalt des Energiespeichers erhöht, indem der Verbrennungsmotor (insbesondere ein Dieselmotor) den Energiespeicher über den Generator lädt.Within the scope of the present invention, a method for regenerating a filter (in particular a diesel particle filter) of a vehicle is provided. The vehicle includes an energy store, a generator and an internal combustion engine, in particular for driving the vehicle. Depending on an imminent regeneration of the filter, an energy content of the energy store is reduced in a targeted manner. During regeneration, on the other hand, the energy content of the energy store is increased by the internal combustion engine (especially a diesel engine) charging the energy store via the generator.
Indem der Energieinhalt des Energiespeichers zeitlich vor der Regeneration gezielt verringert wird, ist der Energieinhalt oder Ladezustand des Energiespeichers kurz vor Beginn der Regeneration entsprechend niedrig, so dass eine Bremslast des Generators während der Regeneration vergleichsweise hoch ist, so dass der Motor in seinem gesamten Betriebsbereich mehr belastet wird und damit der kritische Schwachlastbereich fast vollständig vermieden werden kann.By specifically reducing the energy content of the energy store before regeneration, the energy content or state of charge of the energy store is correspondingly low shortly before the start of regeneration, so that a braking load on the generator is comparatively high during regeneration, so that the engine has more to do in its entire operating range is loaded and thus the critical low-load range can be almost completely avoided.
Unter einem gezielten Entladen wird dabei das Gegenteil von einem zufälligen Entladen verstanden, wobei ein zufälliges Entladen z.B. stattfinden könnte, indem der Fahrer zufällig vor der Regeneration weitere elektrische Verbraucher zuschaltet. Unter einem gezielten Entladen wird dagegen ein Entladen der Batterie verstanden, welches in jedem Fall vor der Regeneration stattfindet, indem gezielt bzw. automatisch bestimmte Maßnahmen zur Entladung der Batterie eingeleitet werden.Targeted discharging is understood to mean the opposite of random discharging, in which case random discharging could take place, for example, by the driver accidentally switching on additional electrical consumers before regeneration. Targeted discharging, on the other hand, is understood as meaning discharging of the battery, which in any case takes place before regeneration, in that specific measures for discharging the battery are initiated in a targeted or automatic manner.
Dabei kann es sich bei dem Generator um eine Lichtmaschine oder um einen als Generator betriebenen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs handeln.The generator can be an alternator or an electric motor operated as a generator to drive the vehicle.
Vorteilhafterweise wird der Energieinhalt des Energiespeichers zeitlich vor der Regeneration verringert, indem ein Energiefluss von dem Generator zu dem Energiespeicher vor der Regeneration zumindest verringert wird.Advantageously, the energy content of the energy store is reduced in time before the regeneration, in that an energy flow from the generator to the energy store is at least reduced before the regeneration.
Während nach dem Stand der Technik lediglich ein zusätzlicher, aber eigentlich unnötiger Verbraucher in Betrieb gesetzt wird, wird durch die vorliegende Erfindung das Fahrzeug im Vorlauf der Regeneration (d.h. zeitlich vor der Regeneration) bezüglich eines Brennstoff- (z.B. Diesel-) Verbrauchs sparsamer betrieben, indem beispielsweise die von dem Verbrennungsmotor zu erzeugende Antriebsleistung für den Generator entsprechend verringert wird oder vollständig entfällt. Die anschließend während der Regeneration von dem Generator (z. B. der Lichtmaschine) aufzubringende Bremsleistung wird somit nicht unsinnig vernichtet, sondern zum Laden des vorher entleerten Energiespeichers benutzt.While according to the state of the art only an additional, but actually unnecessary consumer is put into operation, with the present invention the vehicle is operated more economically in the run-up to the regeneration (ie before the regeneration) with regard to fuel (e.g. diesel) consumption, by, for example, reducing the drive power for the generator to be generated by the internal combustion engine or eliminating it completely. The braking power then to be applied by the generator (e.g. the alternator) during regeneration is therefore not wasted senselessly, but is used to charge the previously emptied energy store.
Der Energieinhalt des Energiespeichers wird vor der Regeneration unter einen vorbestimmten Prozentsatz eines maximal möglichen Energieinhalts des Energiespeichers abgesenkt, indem die von dem Generator zugeführte Leistung entsprechend verringert oder keine Leistung von dem Generator zugeführt wird.Before the regeneration, the energy content of the energy store is lowered below a predetermined percentage of a maximum possible energy content of the energy store by reducing the power supplied by the generator accordingly or by not supplying any power from the generator.
Dabei wird dieser vorbestimmte Prozentsatz abhängig von einer Außentemperatur außerhalb des Fahrzeugs eingestellt, indem dieser Prozentsatz umso tiefer eingestellt wird, je höher die erfasste Außentemperatur ist. Genauso kann der vorbestimmte Prozentsatz umso höher eingestellt werden, je tiefer die erfasste Außentemperatur ist.In this case, this predetermined percentage is set as a function of an outside temperature outside the vehicle, in that this percentage is set the lower the higher the detected outside temperature is. In the same way, the predetermined percentage can be set higher, the lower the recorded outside temperature is.
Da zum Starten des Verbrennungsmotors umso mehr Energie benötigt wird, umso kälter der Verbrennungsmotor ist, ist es vorteilhaft, den Energieinhalt des Energiespeichers bei entsprechend tiefen Umgebungstemperaturen vor der Regeneration nicht so tief abzusenken wie bei entsprechend höheren Umgebungstemperaturen.Since starting the internal combustion engine requires more energy, the colder the internal combustion engine is, it is advantageous not to lower the energy content of the energy store as low before regeneration at correspondingly low ambient temperatures as at correspondingly higher ambient temperatures.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, eine Rekuperation vor der Regeneration teilweise oder vollständig zu unterdrücken, um dadurch den Energieinhalt des Energiespeichers nicht zu erhöhen, sondern gezielt zu verringern.According to the invention, it is also possible to partially or completely suppress recuperation before regeneration, in order not to increase the energy content of the energy storage device, but rather to reduce it in a targeted manner.
Bei Fahrzeugen mit einem Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs kann die Bewegungsenergie des Fahrzeugs bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs mittels Rekuperation in elektrische Energie umgewandelt werden, was den Energieinhalt des Energiespeichers erhöht. Indem die Rekuperation vor der Regeneration teilweise oder vollständig unterdrückt wird, kann der Energieinhalt des Energiespeichers dagegen erfindungsgemäß abgesenkt werden, um während der Regeneration die von dem Generator aufzubringende Bremsleistung zum Laden des Energiespeichers entsprechend ansteigen zu lassen. Bei diesen Fahrzeugen mit einem Elektromotor ist es beispielsweise möglich, den Energiespeicher vor einer geplanten Regeneration gezielt dadurch zu entladen, dass der Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt wird.In vehicles with an electric motor to drive the vehicle, the kinetic energy of the vehicle can be converted into electrical energy by means of recuperation when the vehicle is braked, which increases the energy content of the energy store. By partially or completely suppressing recuperation prior to regeneration, the energy content of the energy store can be reduced according to the invention, in order to allow the braking power to be applied by the generator to charge the energy store to increase accordingly during regeneration. In these vehicles with an electric motor, it is possible, for example, to specifically discharge the energy store before a planned regeneration by using the electric motor to drive the vehicle.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Regeneration eines Filters eines Fahrzeugs bereitgestellt. Auch in diesem Fall umfasst das Fahrzeug einen Energiespeicher, einen Generator und einen Verbrennungsmotor, während die Vorrichtung Steuermittel umfasst. Diese Steuermittel verringern gezielt den Energieinhalt des Energiespeichers abhängig von einer bevorstehenden Regeneration. Während der Regeneration sorgen die Steuermittel dafür, dass der Energieinhalt des Energiespeichers über den Generator, welcher von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, geladen wird.A device for regenerating a filter of a vehicle is also provided within the scope of the present invention. In this case, too, the vehicle comprises an energy store, a generator and an internal combustion engine, while the device comprises control means. These control means specifically reduce the energy content of the energy store depending on an upcoming regeneration. During the regeneration, the control means ensure that the energy content of the energy store is charged via the generator, which is driven by the internal combustion engine.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.The advantages of the device according to the invention essentially correspond to the advantages of the method according to the invention, which have been explained in detail above, so that they are not repeated here.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.Within the scope of the present invention, a vehicle is also provided which includes a device according to the invention.
Beispielsweise bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-System (d.h. der Verbrennungsmotor wird bei einem Halt des Fahrzeugs abgeschaltet und bei einer entsprechenden Betätigung eines Fahrpedals automatisch wieder gestartet) kommt ein intelligentes Batteriemanagement zum Einsatz, das den Ladezustand der Batterie kontrolliert und durch ein gezieltes Zu- und Abschalten der Lichtmaschine in der Lage ist, einen Teil der Geschwindigkeitsenergie beim Ausrollen wiederzugewinnen (Rekuperation). Hierfür wird insbesondere in den Schubphasen des Fahrzeugs die Ladespannung der Lichtmaschine erhöht. Die vorliegende Erfindung sieht nun eine Erweiterung dieses Einsatzgebiets des Batteriemanagements vor. Indem die Lichtmaschine gezielt vor einer Regeneration abgeschaltet wird, wird die Batterie zunächst gezielt leer gefahren und anschließend während der Regeneration durch die wieder eingeschaltete Lichtmaschine wieder aufgeladen.For example, in vehicles with a start-stop system (i.e. the combustion engine is switched off when the vehicle is stationary and automatically restarted when the accelerator pedal is pressed), intelligent battery management is used, which monitors the charge level of the battery and and switching off the alternator is able to recover part of the speed energy when coasting (recuperation). For this purpose, the charging voltage of the alternator is increased, particularly when the vehicle is overrun. The present invention now provides for an extension of this field of application of battery management. By specifically switching off the alternator prior to regeneration, the battery is first run empty and then recharged during regeneration when the alternator is switched on again.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Fahrzeuge mit einem Dieselmotor geeignet. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um ein Fahrzeug mit Elektromotor oder um ein Fahrzeug ohne Elektromotor, bei welchem der Energiespeicher bzw. die Batterie über eine vom Motor angetriebene Lichtmaschine geladen wird, handelt. Allerdings bieten Fahrzeuge mit einem Elektromotor (wie z.B. Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeugen) mehr Möglichkeiten, um den Energieinhalt des Energiespeichers vor der Regeneration abzusenken, indem beispielsweise zeitlich vor der Regeneration verstärkt der Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt wird.The present invention is particularly suitable for vehicles with a diesel engine. It is irrelevant whether it is a vehicle with an electric motor or a vehicle without an electric motor, in which the energy store or the battery is charged via an alternator driven by the engine. However, vehicles with an electric motor (e.g. electric vehicles or hybrid vehicles) offer more options for reducing the energy content of the energy store before regeneration, for example by using the electric motor to drive the vehicle more intensively before regeneration.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Fahrzeuge mit einem Dieselmotor eingeschränkt ist, da sie beispielsweise auch zum Einsatz bei Fahrzeugen mit einem Benzinmotor denkbar ist, wenn härtere Umweltauflagen die Eliminierung weiterer vom Benzinmotor erzeugter Partikel verlangen. Darüber hinaus lässt sich die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen, sofern diese ein entsprechendes Filter aufweisen, einsetzen.It should be noted that the present invention is not limited to vehicles with a diesel engine, since it is also conceivable for use in vehicles with a gasoline engine, for example, if more stringent environmental regulations require the elimination of other particles produced by the gasoline engine. In addition, the present invention can also be used in ships, airplanes and rail-bound or track-guided vehicles, provided they have a corresponding filter.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen im Detail mit Bezug zu den Figuren beschrieben.In the following, the present invention is described in detail on the basis of preferred embodiments according to the invention with reference to the figures.
In
In
Durch das Abschalten der Lichtmaschine sinkt die von der Lichtmaschine (Generator) beim Dieselmotor angeforderte Leistung 14 im Vergleich zu einer normalen Generator Leistung 13, wie es zu Beginn des zweiten Zeitintervalls 2 in
Am Ende des zweiten Zeitintervalls 2 oder zu Beginn des dritten Zeitintervalls 3 beginnt die Regeneration des Diesel-Partikelfilters, was beispielsweise in
Nach dem dritten Zeitinterval 3 (nach der Regeneration des Diesel-Partikelfilters) kehrt das Fahrzeug in den Betriebszustand „normales Fahren“ (viertes Zeitinterval 4) zurück, in welchem die Lichtmaschine wieder normal betrieben wird und welcher dem ersten Zeitinterval 1 entspricht. Man erkennt, dass die Batteriespannung 12 wieder dem herkömmlichen Batteriespannungsverlauf 11 entspricht und dass auch die Generatorleistung 14 wieder auf das Niveau des herkömmlichen Generatorleistungsverlaufs 13 absinkt.After the third time interval 3 (after regeneration of the diesel particulate filter), the vehicle returns to the "normal driving" operating state (fourth time interval 4), in which the alternator is operated normally again and which corresponds to the first time interval 1. It can be seen that the
In
Wenn die Steuerung 8 erfasst, dass eine Regeneration des Diesel-Partikelfilters 4 notwendig ist, sorgt die Steuerung 8 dafür, dass der Elektromotor 6 nicht mehr als Generator betrieben wird, um die Batterie 5 zu laden. In diesem Betriebszustand „Vorlauf der Regeneration“ erfolgt auch keine Rekuperation, so dass die Batterie 5 aufgrund ihrer Versorgung der elektrischen Verbraucher innerhalb des Fahrzeugs entladen, aber nicht mehr über den als Generator betriebenen Elektromotor 6 geladen wird. Anschließend erfolgt eine Regeneration des Diesel-Partikelfilters 4, wie es vorab mit
Der Zeitpunkt, zu welchem die Regeneration beginnt, wird dabei insbesondere abhängig von einem Ladezustand der Batterie 5 und abhängig von einem Verschmutzungsgrad des Diesel-Partikelfilters 4 bestimmt.The point in time at which the regeneration begins is determined in particular as a function of the state of charge of the battery 5 and as a function of the degree of contamination of the
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