DE102015212626A1 - Verfahren zur Optimierung einer aktiven Regeneration eines Dieselpartikelfilters - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betritt ein Verfahren zur Optimierung einer aktiven Regeneration eines Dieselpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs und umfasst die folgenden Schritte: Zunächst werden Informationen zur geplanten Fahrtroute des Kraftfahrzeugs ermittelt (13), nachfolgend wird abgefragt (14), ob die verbleibende Fahrtzeit (ttrip) kleiner als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters benötigte Zeit (treg) ist und/oder es wird abgefragt (15), ob die folgende Motorphase des Kraftfahrzeugs eine Schubphase ist und es wird die aktive Regeneration des Dieselpartikelfilters verhindert (17) falls die verbleibende Fahrtzeit (ttrip) kleiner als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters benötigte Zeit (treg) oder die folgende Motorphase eine Schubphase ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung einer aktiven Regeneration eines Dieselpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Zur Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte für Emissionen von Brennkraftmaschinen werden verschiedene Komponenten zur Abgasnachbehandlung, wie beispielweise Oxidations-, SCR- und NOx-Katalysatoren sowie Partikelfilter eingesetzt. Häufig werden Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen, mit Abgasnachbehandlungssystemen ausgerüstet, die insbesondere einen Partikelfilter umfassen können. Dieser Partikelfilter setzt sich während des Betriebs mit Ruß zu und muss daher in bestimmten zeitlichen Abständen regeneriert werden. Dafür sind Steuer- und Kontrolleinrichtungen erforderlich, in denen das Management für die Partikelfilter-Regeneration implementiert ist. Die Funktionalität kann dabei in drei Basis-Funktionsblöcke aufgeteilt werden: Abschätzen der Rußbeladung, welche im Partikelfilter gespeichert ist, Steuerung/Kontrolle der aktiven Regeneration und Koordination der Regeneration innerhalb der verschiedenen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine. Der letzte Funktionsblock hat zum Ziel, die Regeneration so schnell wie möglich zu starten, wenn ein bestimmter Wert für die Rußbeladung erreicht oder überschritten wird. Dies muss allerdings unter günstigen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfolgen. Eine Regeneration unter ungünstigen Betriebsbedingungen sollte verhindert werden. Die oben beschriebene Regeneration eines Partikelfilters mittels einer Steuer- und Kontrolleinrichtung wird als aktive Regeneration bezeichnet. Im Gegensatz dazu gibt es auch die so genannte passive Regeneration, welche während normaler Betriebsbedingung eines Kraftfahrzeugs stattfindet, wenn der Partikelfilter heiß genug wird, um die eingelagerten Partikel zu verbrennen. Die dafür erforderliche Temperatur liegt bei 550º C.
  • Aus der DE 101 61 461 B4 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration von Partikelfiltern bei Dieselmotoren bekannt. Bei diesem Verfahren soll sichergestellt werden, dass eine Einleitung der Regeneration ausschließlich oberhalb niedriger Kraftstofffüllstände ausgeführt wird. In einer Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens wird der Partikelfilter z.B. dann regeneriert, wenn der gemessene Kraftstofffüllstand zwischen einem ersten und einem zweiten Schwellenwert liegt und die erfasste Beladung des Partikelfilters zwischen einem ersten und einem zweiten Beladungsniveau liegt. Auf diese Weise unterbleibt bei diesem Verfahren die Regeneration eines Partikelfilters für Dieselabgase, wenn die Kraftstoffversorgung des Motors einen relativ niedrigen Kraftstofffüllstand aufweist. Dadurch wird verhindert, dass das Fahrzeug aufgrund eines Kraftstoffmangels stehen bleibt, da der Kraftstoffverbrauch ansteigen würde, wenn die Regeneration des Partikelfilters eingeleitet werden würde.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung einer aktiven Regeneration, also einer von einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs gesteuerten Regeneration, eines Dieselpartikelfilters des Kraftfahrzeugs umfasst mehrere Schritte: Zunächst werden Informationen zur geplanten Fahrtroute des Kraftfahrzeugs ermittelt. Im Folgenden wird abgefragt, ob die verbleibende Fahrtzeit kleiner ist als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters benötigte Zeit und/oder es wird abgefragt, ob die folgende Motorphase des Kraftfahrzeugs eine Schubphase ist. Die aktive Regeneration des Dieselpartikelfilters wird verhindert, falls die verbleibende Fahrtzeit kleiner als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters benötigte Zeit ist oder die folgende Motorphase eine Schubphase ist. Unter der Schubphase wird ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs verstanden, in dem kein Gas mehr gegeben wird, der Motor aber trotzdem noch mitgeschleppt wird. In diesem Betriebszustand ist eine Regeneration des Dieselpartikelfilters nicht erfolgreich durchführbar, da aufgrund der fehlenden Einspritzung in diesem Betriebszustand kein fettes (Kraftstoff-)Gemisch entsteht und somit auch keine aufreichend hohe Temperatur erreicht werden kann, um den Dieselpartikelfilter zu regenerieren. Durch das Verhindern der aktiven Regeneration des Dieselpartikelfilters, in dem Fall, dass keine erfolgreiche Regeneration durchgeführt werden kann, wird vorteilhafter Weise eine Verschwendung von Kraftstoff durch eine Unterbrechung der Regeneration des Dieselpartikelfilters verhindert. Unter einer erfolgreichen Regeneration wird verstanden, dass die Regeneration des Dieselpartikelfilters nicht vor Beendigung der vollständigen Regeneration abgebrochen oder unterbrochen wird. Des Weiteren wird einer rapiden Verschlechterung der Ölqualität durch die aktive Regeneration des Dieselpartikelfilters entgegengewirkt. Eine Verschlechterung der Ölqualität und damit der Schmiereigenschaften des Öls tritt bei sehr hohen Temperaturen auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine aktive Regeneration des Dieselpartikelfilters eingeleitet, sobald die aktive Regeneration öfter als eine vorgebbare Anzahl verhindert wurde. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine notwendige Regeneration des Dieselpartikelfilters auch dann durchgeführt wird, wenn die Bedingungen der Fahrtroute hierfür nicht optimal geeignet sind, weil beispielsweise die verbleibende Fahrtzeit zu kurz ist oder die folgende Motorphase eine Schubphase ist.
  • Die Informationen über die geplante Fahrtroute werden vorzugsweise verwendet, um Abschnitte entlang der geplanten Fahrtroute zu bestimmen, welche geeignet sind, um eine Regeneration des Dieselpartikelfilters erfolgreich durchzuführen. Durch dieses vorteilhafte Vorgehen wird erreicht, dass falls eine aktive Regeneration des Dieselpartikelfilters verhindert werden muss, im Voraus bestimmt werden kann zu welchem Zeitpunkt, bzw. auf welchem Abschnitt der Fahrtroute die Regeneration stattdessen durchgeführt werden kann.
  • Die Informationen über die geplante Fahrtroute werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs ermittelt. Dies ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise bereits im Navigationssystem vorhandene Daten genutzt werden und somit keine zusätzliche Informationsquelle für das Verfahren notwendig ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Informationen über die geplante Fahrtroute aus einer Cloud ermittelt. Ein Vorteil dieses Vorgehens ist, dass in der Cloud mehr Informationen zur geplanten Fahrtroute zur Verfügung stehen, die von dem Steuergerät verwendet werden könne, wie beispielweise Geschwindigkeitsbeschränkungen, Verlauf der Fahrtroute, verschiedene Abschnitte der Fahrtroute (Stadtfahrt, Überlandfahrt, Autobahnfahrt) sowie Abschnitte wo beschleunigt oder abgebremst werden muss und Informationen zu Temperatur- und Wettereinflüssen.
  • Die Informationen über die geplante Fahrtroute sind insbesondere ein oder mehrere der folgenden: Fahrtzeit, Fahrtstrecke, mittlere Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, mittlere Motorgeschwindigkeit, Motorlast, Abgasmassestrom, Abgastemperaturprofile, ungefähre Rußbeladung basierend auf der gefahrenen Route und mittlere Kraftstoffverbrauch. Die Verwendung dieser Informationen ist sehr vorteilhaft, da mithilfe dieser Informationen bestimmt werden kann, zu welchem Zeitpunkt der geplanten Route die Abgastemperatur, der Abgasmassenstrom, die Motorgeschwindigkeit sowie die Motorlast und die für eine Regeneration des Dieselpartikelfilters benötigte Zeit geeignet sind, um eine Regeneration des Dieselpartikelfilters durchzuführen.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischen Steuergerät ausgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen.
  • Die Erfindung umfasst außerdem ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Dieselpartikelfilter,
  • 2 schematisch eine Verwendung von Informationen zu einer geplanten Fahrtroute für eine Steuerung einer Regeneration des Dieselpartikelfilters des Kraftfahrzeugs und
  • 3 schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist in schematischer Weise ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Navigationssystem 3, einem Motor 5, einem Steuergerät 6 und einem Abgasstrang 7 mit einem Dieselpartikelfilter 8 dargestellt.
  • In 2 sind schematisch das Steuergerät 6 und das Navigationssystem 3 des in 1 dargestellten Kraftfahrzeugs 1, eine Cloud 2, ein Satz an Informationen 4 zu einer geplanten Fahrtroute des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine ein Motor 5 des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt.
  • In 3 ist schematisch der Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Im ersten Schritt 10 des Verfahrens ist das Kraftfahrzeug 1 in Betrieb. Im zweiten Schritt 11 wird der Rußeintrag in den Dieselpartikelfilter 8 des Kraftfahrzeugs 1 überwacht. Im folgenden Schritt 12 wird abgefragt, ob die Beladung des Dieselpartikelfilters 8 einen vorgebbaren Wert sDPF überschreitet. Dabei wird die Beladung des Dieselpartikelfilters 8 zum einen bestimmt, indem aus dem Druckabfall über dem Filter 8 und dem Volumenstrom der Strömungswiderstand des Filters 8 berechnet wird, welcher ein Maß für die Durchlässigkeit des Filters 8 ist. Zum anderen wird die im Partikelfilter 8 eingelagerte Rußmasse, der Rußeintrag, modelbasiert berechnet. In dem hier beschriebenen Fall ist der Wert sDPF = 40%, es wird also in Schritt 12 abgefragt, ob der Dieselpartikelfilter 8 eine Beladung von mehr als 40% aufweist. Der Satz an Informationen 4 zu einer geplanten Fahrtroute des Kraftfahrzeugs 1 wird in Schritt 13 des Verfahrens ermittelt. Diese Informationen sind: Fahrtzeit, Fahrtstrecke, mittlere Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 1, mittlere Motorgeschwindigkeit, Motorlast, Abgasmassestrom, Abgastemperaturprofile, ungefähre Russbeladung basierend auf der gefahrenen Route und mittlerer Kraftstoffverbrauch. Dabei wird die Ermittlung der Information 4 in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Navigationssystem 3 des Kraftfahrzeugs 1 durchgeführt. Die ermittelten Informationen über die geplante Fahrtroute werden verwendet, um Abschnitte entlang der geplanten Fahrtroute zu bestimmen, welche lang genug ist und sich der Motor nicht in einer Schubphase befindet sind, um eine Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 erfolgreich durchzuführen. Dabei wird unter einer erfolgreichen Regeneration verstanden, dass die Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 nicht vor der Beendigung der vollständigen Regeneration abgebrochen oder unterbrochen wird.
  • Als nächstes wird in Schritt 14 des Verfahrens abgefragt, ob die verbleibende Fahrtzeit ttrip kleiner ist als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 benötigte Zeit treg. Ist dies der Fall so wird keine Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 initiiert, welches Schritt 17 entspricht, und es wird im folgenden Schritt 18 hoch gezählt wie oft eine Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 schon hintereinander verhindert wurde. Nachfolgend wird ebenfalls in Schritt 18 abgefragt, ob die Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 schon häufiger als eine vorgebbare Anzahl nreg verhindert wurde. In dem vorliegenden Fall beträgt die vorgebbare Anzahl nreg = 2, dies kann jedoch auch jede beliebig vorgebbare Zahl sein. Wurde die Anzahl nreg in Schritt 18 nicht überschritten, so wird das Verfahren mit Beginn bei Schritt 11, also der Überwachung des Rußeintrags, erneut ausgeführt. Wird die Anzahl nreg in Schritt 18 überschritten, so wird Schritt 16 des Verfahren ausgeführt und es wird die Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 durchgeführt.
  • Ist die verbleibende Fahrtzeit ttrip in Schritt 14 nicht kleiner als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 benötigte Zeit treg, so wird im folgenden Schritt 15 abgefragt, ob die nächste Motorphase eine Schubphase ist. Ist dies der Fall, so wird keine Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 durchgeführt, was Schritt 17 entspricht, und es wird im nächsten Schritt 18 hoch gezählt, wie oft hintereinander die Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 schon verhindert wurde. In diesem Schritt wird nachfolgend abgefragt, ob die Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 schon häufiger als nreg = 2 Mal verhindert wurde. Ist das der Fall, so wird die Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 in Schritt 16 des Verfahrens durch geführt. Wurde die Anzahl nreg = 2 Mal in Schritt 18 nicht überschritten, so wird das Verfahren ab Schritt 11, dem Überwachen des Rußeintrags in den Dieselpartikelfilter 8 erneut durchlaufen.
  • Ist die folgende Motorphase in Schritt 15 keine Schubphase, so wird sofort Schritt 16 des Verfahrens ausgeführt und die Regeneration des Dieselpartikelfilters 8 durchgeführt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Informationen 4 im Schritt 13 des Verfahrens in einer Cloud 2 ermittelt.
  • Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung kann auch nur eine der beiden Abfragen, also entweder Schritt 14 oder Schritt 15 des Verfahrens ausgeführt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10161461 B4 [0003]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Optimierung einer aktiven Regeneration eines Dieselpartikelfilters (8) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend die folgenden Schritte: a. Ermitteln (13) von Informationen zur geplanten Fahrtroute des Kraftfahrzeugs (1), b. Abfrage (14), ob die verbleibende Fahrtzeit (ttrip) kleiner als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters (8) benötigte Zeit (treg) ist und/oder Abfrage (15), ob die folgende Motorphase des Kraftfahrzeugs (1) eine Schubphase ist und c. Verhindern (17) der aktiven Regeneration des Dieselpartikelfilters (8) falls die verbleibende Fahrtzeit (ttrip) kleiner als die für eine bevorstehende Regeneration des Dieselpartikelfilters (8) benötigte Zeit (treg) oder die folgende Motorphase eine Schubphase ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktive Regeneration des Dieselpartikelfilters (8) eingeleitet wird, sobald die aktive Regeneration öfter als eine vorgebbare Anzahl (nreg) verhindert wurde.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die geplante Fahrtroute verwendet werden, um Abschnitte entlang der geplanten Fahrtroute zu bestimmen, welche geeignet sind, um eine Regeneration des Dieselpartikelfilters (8) erfolgreich durchzuführen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die geplante Fahrtroute aus einem Navigationssystem (3) des Kraftfahrzeugs (1) ermittelt werden (13).
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die geplante Fahrtroute aus einer Cloud (2) ermittelt werden (13).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die geplante Fahrtroute ein oder mehrere der folgenden sind: Fahrtzeit, Fahrtstrecke, mittlere Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges (1), mittlere Motorgeschwindigkeit, Motorlast, Abgasmassestrom, Abgastemperaturprofile, ungefähre Rußbeladung basierend auf der gefahrenen Route und mittlerer Kraftstoffverbrauch.
  7. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
  8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
  9. Elektronisches Steuergerät (6), welches eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
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