DE102016201129A1

DE102016201129A1 - Verfahren zur Emissionsregelung

Info

Publication number: DE102016201129A1
Application number: DE102016201129.4A
Authority: DE
Inventors: Frederik De Smet; Kim Ford; Andres Arevalo; James Wright; Iain Murray
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2016-08-11
Also published as: GB201508951D0; RU2698758C2; MX371318B; GB2535247A; GB201508959D0; GB2531368B; RU2711904C2; RU2016103935A; RU2016103935A3; RU2016103936A; GB2535247B; GB201502290D0; GB2535248A; GB2531368A; RU2016103936A3; DE102016201130A1; MX371319B; MX2016001779A; MX2016001777A; GB2535248B

Abstract

Ein Verfahren zur Regelung von Emissionen eines Kraftfahrzeugs, um einen gewünschten Konformitätsfaktor zu erzielen, wird offenbart. Das Verfahren umfasst: Bestimmen eines gleitenden Emissionsmittelwertes für eine gegenwärtige Fahrbedingung; Bestimmen eines vorhergesagten gleitenden Emissionsmittelwertes für eine zukünftige Fahrbedingung; Bestimmen eines kombinierten gleitenden Emissionsmittelwertes, der basierend auf der gegenwärtigen und der zukünftigen Fahrbedingung berechnet wird, und Steuern des Betriebs eines Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems, um den kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert bei oder unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten und dadurch den gewünschten Konformitätsfaktor zu erzielen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Emissionen eines Fahrzeugs.
Europäische Normen über Fahrzeugemissionen für die Rechtsvorschrift Euro 6.1 erfordern, dass Emissionen unter realen Fahrbedingungen angegeben werden müssen. Die Emissionen in einem realen Fahrzyklus (Real Drive Cycle Emissions = RDE) müssen geringer als ein definierter Anteil der Grenzwerte sein, die für den neuen europäischen Fahrzyklus (New European Driving Cycle = NEDC) festgelegt wurden. Unter der Abgasnorm Euro 6.1 werden reale Fahremissionen als ein Konformitätsfaktor (Conformity Factor = CF) berücksichtigt, der über den realen Fahrzeugzyklus des Fahrzeugs als ein Anteil der NEDC-Grenze bestimmt wird. Für Emissionen laut Euro 6.2 muss der Konformitätsfaktor CF für einen realen Fahrzyklus oder eine Kombination von Fahrzyklen unter dem definierten Schwellenwert liegen. Für die Anwendungen von Euro 6.1 muss der CF innerhalb eines angemessenen Bereichs, der vom Fahrzeughersteller definiert wird, z. B. unter 3 liegen.
Der RDE-Beurteilungsprozess ermöglicht unterschiedliche CF-Schwellenwerte für unterschiedliche Fahrbedingungskategorien, sofern der kombinierte CF für den gesamten Fahrzyklus einen definierten Grenzwert erfüllt oder besser ist als dieser. Typischerweise sind die Fahrbedingungen als Fahren im Stadtgebiet, in ländlichen Gebieten oder auf der Autobahn oder als entweder mit hoher Leistung oder mit niedriger Leistung kategorisiert. Ein Fahrzyklus einer geeigneten Länge mit angemessenen Abschnitten des Fahrens im Stadtgebiet, in ländlichen Gebieten oder auf der Autobahn kann als ein in Frage kommender Fahrzyklus eingestuft werden. Zur Erfüllung der Emissionsnormen muss ein Fahrzeug einen CF-Gesamtwert bei oder unterhalb des Schwellenwertes für jeden in Frage kommenden realen Fahrzyklus beibehalten.
Unter normalen Umständen ist es unwahrscheinlich, dass der Endbenutzer des Fahrzeugs in regelmäßigen Abständen einen Fahrzyklus ausführt, der laut RDE-Anforderungen in Frage käme, und daher müsste das Fahrzeug den gesetzlich vorgeschriebenen CF-Wert für den Fahrzyklus nicht erfüllen. Allerdings weiß man nicht, ob ein Fahrzyklus in Frage kommt, bis er vollendet ist, wobei sichergestellt werden muss, dass der gesetzlich vorgeschriebene CF-Wert erfüllt ist, wenn ein in Frage kommender Fahrzyklus ausgeführt wird. Außerdem ist es nicht wünschenswert, übermäßige Emissionen zu erzeugen, selbst wenn keine Senkung von Emissionen erforderlich ist oder laut aktuellen Rechtsvorschriften gemessen wird.
Eine Steuerung des Fahrzeugs, die sicherstellt, dass Emissionsanforderungen für in Frage kommende Fahrzyklen stets erfüllt sind, könnte erreicht werden, indem sichergestellt wird, dass der momentane CF-Wert über den Fahrzyklus innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Grenze für jede Fahrbedingung gehalten wird. Allerdings könnte dies zu erhöhten Emissionen insgesamt (z. B. CO₂) und einer verminderten Effizienz des Fahrzeugs führen.
Daher muss ein Verfahren gewährleisten, dass geeignete Konformitätsfaktoren für in Frage kommende Fahrzyklen erreicht werden, ohne dass Emissionen und die Effizienz unter normalen Fahrbedingungen negativ beeinflusst werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Regeln von Emissionen eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, um einen gewünschten Konformitätsfaktor zu erzielen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines gleitenden Emissionsmittelwertes für eine gegenwärtige Fahrbedingung; Bestimmen eines vorhergesagten gleitenden Emissionsmittelwertes für eine zukünftige Fahrbedingung; Bestimmen eines kombinierten gleitenden Emissionsmittelwertes, der basierend auf der gegenwärtigen und der zukünftigen Fahrbedingung berechnet wird, und Steuern des Betriebs eines Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems, um den kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert bei oder unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten und dadurch den gewünschten Konformitätsfaktor zu erzielen.
Das Verfahren kann ferner das Kategorisieren der gegenwärtigen Fahrbedingung des Fahrzeugs und das Bestimmen einer Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssteuerung umfassen, die gemäß dem kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert und einer gegenwärtigen Fahrbedingungskategorie implementiert werden soll. Das Steuern des Betriebs eines Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems kann bis zur zukünftigen Fahrbedingung verzögert werden.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Bestimmen einer vorhergesagten Fahrbedingungskategorie für eine zukünftige Fahrbedingung und Bestimmen einer Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssteuerung, die gemäß dem kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert und einer gegenwärtigen Fahrbedingungskategorie implementiert werden soll.
Der Betrieb eines Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems kann derart gesteuert werden, dass die Emissionen eines oder mehrerer Gase aus dem Fahrzeug unter einer oder mehreren Fahrbedingungen erhöht werden.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Bestimmen eines gleitenden Emissionsmittelwertes für eine vergangene Fahrbedingung. Der kombinierte gleitende Emissionsmittelwert kann basierend auf der vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Fahrbedingung berechnet werden.
Die Fahrbedingungen, die den kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert bestimmen sollen, können derart ausgewählt werden, dass ein Fahrzyklus, der jede der Fahrbedingungen umfasst, laut europäischen Emissionsvorschriften als ein in Frage kommender Fahrzyklus in Betracht kommt, sodass z. B. eine oder mehrere Fahrbedingungen als Teil eines in Frage kommenden konformen Fahrzyklus betrachtet werden könnten.
Jeder Emissionswert, der verwendet wird, um einen oder mehrere gleitende Emissionsmittelwerte zu bestimmen, kann gemäß der Fahrbedingung des Fahrzeugs kategorisiert werden. Die Kategorie der Fahrbedingung kann in Übereinstimmung mit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Außerdem oder als Alternative kann die Kategorie der Fahrbedingung in Übereinstimmung mit einer entsprechenden Radleistung des Fahrzeugs bestimmt werden. Jeder der gleitenden Emissionsmittelwerte kann Emissionswerte in einer einzigen Kategorie umfassen. Als Alternative können ein oder mehrere der gleitenden Emissionsmittelwerte Emissionswerte in verschiedenen Kategorien umfassen.
Ein Emissionswert, der verwendet wird, um einen oder mehrere der gleitenden Emissionsmittelwerte zu bestimmen, kann mindestens teilweise durch Bezugnahme auf ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle bestimmt werden. Zum Beispiel kann der vorhergesagte gleitende Emissionsmittelwert durch Bezugnahme auf ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle von Emissionswerten bestimmt werden. Außerdem oder als Alternative kann ein Emissionswert, der verwendet wird, um einen oder mehrere der gleitenden Emissionsmittelwerte zu bestimmen, mindestens teilweise aus Messungen von einem oder mehreren Sensoren bestimmt werden, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind. Messungen, z. B. gemessene Emissionswerte für die gegenwärtige Fahrbedingung aus einem oder mehreren Sensoren, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind, können verwendet werden, um ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle zu befüllen, zu aktualisieren oder zu verbessern.
Der vorhergesagte gleitende Emissionsmittelwert für die zukünftige Fahrbedingung kann basierend auf einem oder mehreren der folgenden bestimmt werden:

a) gegenwärtigen Fahrzeugrouteninformationen;
b) gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen;
c) vorherigen Fahrzeugbetriebsbedingungen;
d) vorherigen Fahrzeugemissionswerten; und
e) vorherigen Fahrzeugrouteninformationen.

Der Betrieb des Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems kann zur Bereitstellung von einem oder mehreren der folgenden gesteuert werden:

a) optimaler Effizienz des Kraftfahrzeugs für die Kombination von mehr als einer Fahrbedingung;
b) optimaler Effizienz des Kraftfahrzeugs unter der gegenwärtigen Fahrbedingung;
c) optimaler Leistung des Kraftfahrzeugs unter der gegenwärtigen Fahrbedingung;
d) minimierten Emissionen aus dem Kraftfahrzeug unter der gegenwärtigen Fahrbedingung; und
e) minimierten Emissionen aus dem Kraftfahrzeug für die Kombination von mehr als einer Fahrbedingung.

Die vorhergesagten Emissionswerte können unter der Voraussetzung bestimmt werden, dass der Motor und/oder das Abgasnachbehandlungssystem zur Bereitstellung von einem oder mehreren der folgenden gesteuert werden:

a) reduzierten Emissionen aus dem Kraftfahrzeug;
b) optimaler Leistung des Kraftfahrzeugs unter der zukünftigen Fahrbedingung;
c) optimaler Effizienz des Kraftfahrzeugs unter der zukünftigen Fahrbedingung; und
d) optimaler Effizienz des Kraftfahrzeugs für die Kombination von mehr als einer Fahrbedingung.

Die Voraussetzung hinsichtlich der Steuerung des Motors und/oder Abgasnachbehandlungssystems kann basierend auf einem oder mehreren der folgenden bestimmt werden:

a) gegenwärtigen Fahrzeugrouteninformationen;
b) gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen und/oder Emissionen;
c) vorherigen Fahrzeugrouteninformationen; und
d) vorherigen Fahrzeugbetriebsbedingungen und/oder Emissionen.

Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Offenbarung wird ein System bereitgestellt, das ein oder mehrere Module, z. B. Steuermodule umfasst, die konfiguriert sind, das Verfahren gemäß einem zuvor erwähnten Aspekt der Offenbarung auszuführen.
Das System kann ferner einen oder mehrere Emissionssensoren umfassen.
Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Offenbarung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das das System gemäß einem zuvor erwähnten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst.
Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Offenbarung wird Software bereitgestellt, die bei Ausführung durch eine Computereinrichtung die Computereinrichtung veranlasst, das Verfahren eines zuvor erwähnten Aspekts der Offenbarung durchzuführen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen im Text und unnötigem Mehraufwand in der Spezifikation werden bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einen oder mehrere Aspekte oder Gestaltungen der Erfindung beschrieben. Man muss jedoch verstehen, dass, sofern dies technisch möglich ist, Merkmale, die in Bezug auf einen beliebigen Aspekt oder eine beliebige Gestaltung der Erfindung beschrieben werden, auch mit einem anderen Aspekt oder einer anderen Gestaltung der Erfindung benutzt werden können.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Verdeutlichung der Art und Weise, wie sie in die Praxis umgesetzt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht der Strömung von Luft und Abgasen durch ein Motorsystem und ein Abgasnachbehandlungssystem;
2 ein Verfahren zum momentanen Steuern von Fahrzeugemissionen;
3 ein Verfahren zum Steuern von Fahrzeugemissionen über einen gegenwärtigen Fahrzeugzyklus;
4 ein Verfahren zum Steuern von Fahrzeugemissionen über eine gegenwärtige und eine zukünftige Fahrzeugbedingung;
5 ein System zum Steuern von Fahrzeugemissionen über einen gegenwärtigen Fahrzeugzyklus; und
6 ein System zum Steuern von Fahrzeugemissionen über eine gegenwärtige und eine zukünftige Fahrzeugbedingung.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Fahrzeug 1 einen Motor 2, einen Lufteinlass 4, ein Abgasrückführungs-(AGR)-System 6 und ein Abgassystem 10. Wie in 1 dargestellt, umfasst der Motor einen turbogeladenen Dieselmotor, jedoch wird gleichermaßen in Betracht gezogen, dass die vorliegende Erfindung auch auf eine andere Art von Fahrzeugmotor wie einen Ottomotor anwendbar sein könnte. Außerdem oder als Alternative kann der Motor auf natürliche Art und Weise angesaugt werden oder einen Superlader umfassen und/oder mit einer anderen Form von verbesserter Induktion versehen sein. Das Fahrzeug kann einen zusätzlichen Motor wie einen Elektromotor umfassen und der Verbrennungsmotor 2 kann Teil eines Hybridantriebssystems sein.
In 1 weist der Motor einen Einlasskrümmer 2a und einen Auslasskrümmer 2b auf. Dem Einlasskrümmer 2a wird Einlassluft aus dem Einlass 4 zugeführt, der über den Einlasskrümmer 2a in den Motor 2 eingesaugt werden kann. Die Einlassluft wird in dem Motor 2 mit Kraftstoff gemischt und verbrannt, um Leistung für den Fahrzeugantrieb bereitzustellen sowie Zusatzsysteme wie elektrische Systeme anzutreiben, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind. Die Verbrennung des Kraftstoffs und der Einlassluft erzeugt Abgase, die Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid (CO₂), Kohlenstoffmonoxid (CO), Lachgase (NO_X) und andere Gase enthalten, die durch den Auslasskrümmer 2b ausgestoßen werden.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das AGR-System 6 ein Hochdruck-AGR-System. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das AGR-System 6 ein Niederdruck-AGR-System umfassen kann, in dem Abgase zurückgeführt werden, um durch eine Turboladerturbine expandiert zu werden. Das Fahrzeug kann eine Kombination von AGR-Systemen umfassen. Als Alternative kann das Fahrzeug kein AGR-System umfassen. Das AGR-System 6 ermöglicht, dass ein Teil der Abgase zurück zum Einlass des Motors 2 zurückgeführt wird. Der Austausch eines Teils der sauerstoffreichen Luft durch verbrannte Abgase reduziert den Anteil der Inhalte jedes Zylinders, der zur Verbrennung verfügbar ist. Dies führt zu einer geringeren Wärmefreisetzung und einer niedrigeren Zylinderspitzentemperatur und reduziert dadurch die Bildung von NO_X.
Andere Parameter können auch modifiziert werden, um die Emissionen zu steuern, die von dem Motor erzeugt werden. Solche Parameter schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf Kraftstoffeinspritzmuster und -einspritzmenge, Kraftstoffzuteilerdruck, Turboladerladedruck, AGR und Einlasskrümmerkühlung und variable Ventilsteuerung. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung wird in Betracht gezogen, dass ein beliebiger Motorparameter oder eine Kombination von Parametern je nach Wunsch variiert werden kann, um auf den Motor und/oder die Fahrzeugemissionen und/oder Kraftstoffeffizienz entweder direkt oder indirekt Einfluss zu nehmen.
Abgase, die nicht durch das AGR-System 6 zurückgeführt werden, treten in das Abgassystem 8 ein. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Abgassystem 8 einen NO_X-Abscheider (Lean NO_X Trap = LNT) 10 und eine selektive katalytische Reduktions-(Selective Catalytic Reduction = SCR)-Vorrichtung 12 stromaufwärts einer Auslassöffnung 14. Die SCR-Vorrichtung 12 kann aktiv gesteuert werden, wie nachstehend beschrieben, oder kann eine passive SCR-Vorrichtung sein. Außerdem oder als Alternative kann das Abgasnachbehandlungssystem ein Dieselpartikelfilter (DPF) und/oder eine Dieseloxidationskatalysator-(Diesel Oxidation Catalyst = DOC)-Vorrichtung sein. Des Weiteren oder als Alternative kann das Abgassystem eine kombinierte Nachbehandlungsvorrichtung wie eine kombinierte SCR/DPF-Vorrichtung umfassen. Gegebenenfalls kann eine beliebige andere Abgasnachbehandlungsvorrichtung aufgenommen sein. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können in einer beliebigen Reihenfolge innerhalb des Abgassystems bereitgestellt sein.
Die Effizienz von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, die in dem Abgassystem 8 bereitgestellt sind, kann während des Betriebs des Fahrzeugs bestimmt werden und Parameter des Motors und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen selbst können variiert werden, um ihre Effizienz einzustellen, wie beispielsweise unter Bezugnahme auf den LNT 10 und die SCR-Vorrichtung 12 beschrieben.
Typischerweise enthält der LNT 10 Zeolith, mit dem NO_X-Verbindungen (insbesondere NO und NO₂) aus den Abgasen adsorbiert werden können. Zeolith kann eine begrenzte Menge NO_X adsorbieren, und während sich der Abscheider füllt, wird die NO_X-Adsorptionsrate verringert. Sobald der Abscheider voll ist, kann kein weiteres NO_X mehr adsorbiert werden und das Zeolith muss ausgespült oder regeneriert werden, um zu ermöglichen, dass weiteres NO_X adsorbiert wird. Verschiedene Verfahren zur Regeneration des LNT sind verfügbar, indem das eingefangene NO_X in Stickstoff und Wasser umgewandelt wird, die aus dem Fahrzeug ausgestoßen werden können. Die Effizienz des LNT 12 kann durch Steuern des Intervalls zwischen LNT-Regenerationszyklen und/oder der Art des Spülereignisses modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Spülung eine vollständige oder eine Teilspülung sein.
Die SCR-Vorrichtung 12 in dem Abgassystem, das in 1 dargestellt ist, verwendet eine gesteuerte Einspritzung eines Reduktionsmittels, zum Beispiel aus einem SCR-Dosiersystem, um NO_X-Verbindungen, die in den Abgasen vorhanden sind, durch einen chemischen Reduktionsprozess in Stickstoffgas und Wasserdampf umzuwandeln. Typischerweise wird Ammoniak als Reduktionsmittel verwendet, wobei die Dosierung steuerbar ist, um die Effizienz zu bestimmen, mit der NO_X aus den Abgasen entfernt wird. Außerdem oder als Alternative der Zuführung des Reduktionsmittels über ein SCR-Dosierungssystem kann das Reduktionsmittel in dem Abgassystem, beispielsweise durch Spülen des LNT 10 oder durch einen anderen Reformationsprozess erzeugt werden.
Die Effizienz von Abgasnachbehandlungssystemen ist oft durch die Abgastemperatur beeinflusst. Somit ist es wünschenswert, Motorverbrennungsparameter wie Einspritzzeitsteuerungen einzustellen, um die Effizienz der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen indirekt zu beeinflussen. Die Einstellung der Menge von Abgasen, die von dem AGR-System 6 zurückgeführt werden, kann auch eine ähnliche Wirkung haben.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Verfahren 200 zum Steuern von Abgasemissionen gemäß einer Gestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren 200 umfasst einen ersten Schritt 202, in dem ein gleitender Emissionsmittelwert bestimmt wird; einen zweiten Schritt 204, in dem der gleitende Emissionsmittelwert mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird; und einen dritten Schritt 206, in dem der Betrieb eines Motors oder eines Abgasnachbehandlungssystems gesteuert wird, um den gleitenden Emissionsmittelwert bei oder unter dem vorbestimmten Schwellenwert zu halten. Jeder der Schritte des Verfahrens 200 kann im Wesentlichen gleichzeitig stattfinden und kann während des Betriebs des Fahrzeugs kontinuierlich wiederholt werden.
Unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung des gleitenden Emissionsmittelwertes in Schritt 202 stehen zur Verfügung. In einem möglichen Verfahren werden Emissionsmittelwerte über feste Zeiträume aufgezeichnet, zum Beispiel einen festgelegten Zeitraum, und werden verwendet, um den gleitenden Emissionsmittelwert zu berechnen. Der Zeitraum kann stattdessen auch nicht festgelegt sein, sondern gemäß der Rate variieren, bei der Abgase erzeugt werden. Zum Beispiel können Emissionsmittelwerte über Zeiträume bestimmt werden, in denen das Fahrzeug oder der Motor des Fahrzeugs eine vorbestimmte Menge CO₂ oder ein anderes Abgas emittiert. Der Zeitraum kann gemäß den gegenwärtigen Betriebsbedingungen oder dem Fahrzyklus des Fahrzeugs variieren. Der Emissionswert kann ein distanzspezifischer Emissionswert sein, zum Beispiel die Menge NO_X, die pro km erzeugt wird.
Die Emissionsmittelwerte, die verwendet werden, um den gleitenden Emissionsmittelwert zu bestimmen, können gemäß der gegenwärtigen Fahrbedingung des Fahrzeugs kategorisiert werden. Zum Beispiel kann die Fahrbedingung des Fahrzeugs, wenn der Emissionsmittelwert aufgezeichnet wird, als Fahren im Stadtgebiet, in ländlichen Gebieten oder auf der Autobahn/Schnellstraße kategorisiert werden. Die Kategorie des aufgezeichneten Emissionswertes kann durch die Durchschnittsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden, als der Emissionswert aufgezeichnet wurde. Zum Beispiel kann eine Durchschnittsgeschwindigkeit unter 60 km/h als Fahren im Stadtgebiet kategorisiert werden, eine Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen 60 km/h und 90 km/h kann als Fahren in ländlichen Gebieten kategorisiert werden, und eine Durchschnittsgeschwindigkeit von über 90 km/h kann als Fahren auf der Autobahn/Schnellstraße kategorisiert werden. Alternative Bereiche sind auch möglich, zum Beispiel kann eine Durchschnittsgeschwindigkeit unter 45 km/h als Fahren im Stadtgebiet kategorisiert werden; eine Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen 45 km/h und 80 km/h kann als Fahren in ländlichen Gebieten kategorisiert werden; und eine Durchschnittsgeschwindigkeit über 80 km/h und unter 140 km/h kann als Fahren auf der Autobahn/Schnellstraße kategorisiert werden. Emissionswerte, die bei Durchschnittsgeschwindigkeiten über 140 km/h aufgezeichnet werden, können als Emissionswerte bei hoher Fahrgeschwindigkeit kategorisiert werden. Die Emissionsmittelwerte können dadurch in 3 oder 4 Kategorien kategorisiert werden. Die Emissionsmittelwerte können je nach Wunsch als Alternative in eine beliebige Anzahl von Kategorien kategorisiert werden.
Als Alternative oder zusätzlich können aufgezeichnete Emissionsmittelwerte in Übereinstimmung mit der durchschnittlichen Radleistung des Fahrzeugs kategorisiert werden. Emissionsmittelwerte können in mehrere Bereiche von Radleistungswerten kategorisiert werden, zum Beispiel können 9 Radleistungsbereiche vorhanden sein. Als Alternative kann eine beliebige andere Anzahl von wünschenswerten Radleistungsbereichen verwendet werden. Den Emissionsmittelwerten kann in Übereinstimmung mit ihrer Radleistungskategorie eine Gewichtung zugeordnet werden und auf diese Weise kann der gleitende Emissionsmittelwert als ein gewichteter gleitender Emissionsmittelwert bestimmt werden. Außerdem oder als Alternative können die kategorisierten Werte weiter, zum Beispiel als hohe Leistung oder niedrige Leistung, kategorisiert werden. Ein gleitender Emissionsmittelwert oder gewichteter Emissionsmittelwert kann daher für solche kombinierten Kategorien berechnet werden.
Der gleitende Emissionsmittelwert, der in Schritt 202 wie oben beschrieben bestimmt wird, kann sich auf eine einzige Fahrbedingungskategorie beziehen. Als Alternative kann sich der gleitende Emissionsmittelwert auf eine Kombination unterschiedlicher Fahrbedingungen beziehen. Der gleitende Emissionsmittelwert kann ein Emissionswert einer vollständigen Fahrt sein, z. B. ein Emissionswert eines vollständigen Fahrzyklus, der sich im Wesentlichen auf den gesamten Fahrzyklus bezieht, der von dem Fahrzeug ab dem Zündereignis ausgeführt wird. Als Alternative oder zusätzlich kann eine Anzahl separater gleitender Emissionsmittelwerte für unterschiedliche Fahrkategorien in Schritt 202 bestimmt werden und das Verfahren 200 wie hierin beschrieben kann mehrere Male gleichzeitig ausgeführt werden, wobei jeder der gleitenden Emissionsmittelwerte separat berücksichtigt wird.
Innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung wird auch in Betracht gezogen, dass andere Verfahren zur Kategorisierung von gemessenen Emissionswerten wünschenswert sein können und alternative gleitende durchschnittliche oder gewichtete gleitende Emissionsmittelwerte für einen realen Fahrzyklus oder eine Kombination von realen Fahrzyklen berechnet werden können.
Der gleitende Emissionsmittelwert kann, unabhängig davon, wie er bestimmt wird, in Schritt 204 mit einem Schwellenwert verglichen werden. Der Schwellenwert kann mindestens teilweise durch die Fahrbedingungskategorie bestimmt werden. Der Schwellenwert kann mindestens teilweise gesetzlich vorgeschrieben sein.
Wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann der Motor und/oder das Abgasnachbehandlungssystem derart gesteuert werden, dass die Emissionsmenge, die von dem Motor erzeugt wird und/oder durch den Auspuff ausgestoßen wird, geregelt wird. Somit kann der Motor 2 und/oder das Abgasnachbehandlungssystem 8 in Schritt 206 derart gesteuert werden, dass der gleitende Emissionsmittelwert den Schwellenwert in Schritt 204 nicht überschreitet.
Das Verfahren 200, das unter Bezugnahme auf 2 oben beschrieben ist, kann am direktesten auf eine momentane Steuerung von Emissionen angewendet werden, sodass der Emissionsmittelwert während des gesamten Fahrzyklus innerhalb der erforderlichen Grenzen gehalten wird. Einer Abweichung bei den Fahrzyklusbedingungen, die zu einer Erhöhung der Emissionen führt, kann durch gleichzeitiges Steuern von Motorbedingungen und/oder Abgasnachbehandlungssystem-Parametern Rechnung getragen werden, um der Veränderung der Emissionen entgegenzuwirken. Solche Veränderungen können wirksam gehalten werden, bis der gleitende Emissionsmittelwert erneut unter den Schwellenwert fällt. Dieser Emissionssteuerungsprozess stellt sicher, dass der Konformitätsfaktor immer unter dem gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert liegt, der für einen in Frage kommenden Fahrzyklus erforderlich ist.
Unter normalen Fahrbedingungen ist es unwahrscheinlich, dass ein Benutzer des Fahrzeugs eine Fahrt ausführt, die als ein in Frage kommender Fahrzyklus im Sinne der RDE-(Real Driving Emissions)-Berichtspflichten in Betracht käme. Zum Beispiel kann eine Fahrt zu lang oder zu kurz sein oder die falschen Proportionen von Fahren im Stadtgebiet, in ländlichen Gebieten und auf der Autobahn enthalten. Es kann daher unzutreffend sein, dass der CF für die meisten Fahrzyklen oder Fahrten in dem Fahrzeug den gesetzlich vorgeschriebenen CF-Grenzwert erfüllt. Allerdings kann es zutreffend sein, dass der CF-Wert einen Grenzwert basierend auf einem gleichwertigen Abschnitt eines in Frage kommenden Zyklus erfüllt.
Wenn ein Fahrzyklus in Frage kommt und einen insgesamt akzeptablen CF-Wert aufweist, kann der Fahrzyklus höhere bzw. niedrigere CF-Werte während des Fahrens im Stadtgebiet, in ländlichen Gebieten und auf der Autobahn umfassen. Das Verbrennungssystem, z. B. der Motor, Steuerungen und/oder Abgasnachbehandlungsparameter können variiert werden, um zwischen Emissionen und Kraftstoffökonomie einen Ausgleich und/oder einen Kompromiss zu finden. Der Ausgleich und/oder Kompromiss können je nach der Fahrbedingungskategorie und/oder dem Punkt in dem Fahrzyklus variieren. Es kann daher nicht wünschenswert sein, selbst während eines in Frage kommenden Fahrzyklus jeden Abschnitt des Fahrens zu steuern, um sicherzustellen, dass er die gesetzlich vorgeschriebenen CF-Anforderungen für diesen bestimmten Abschnitt erfüllt, da möglicherweise nur der CF für den vollständigen Fahrzyklus unter dem Schwellenwert liegen muss.
Es kann bestimmt werden, dass bestimmte Emissionen am besten innerhalb eines bestimmten Abschnitts des Fahrzyklus gesteuert werden. Zum Beispiel kann es sich herausstellen, dass eine Reduzierung der NO_X-Emission während des Fahrens auf der Autobahn mit geringeren Einbußen hinsichtlich Leistung und/oder Kraftstoffeffizienz erzielt werden kann als die gleiche Reduzierung, die während eines Fahrabschnitts im Stadtgebiet des Fahrzyklus erzielt wird. Außerdem oder als Alternative kann bestimmt werden, dass eine Einschränkung der Menge einer ersten Emission (z. B. NO_X) unter einer Fahrbedingung zu einer größeren Erhöhung einer zweiten Emission (z. B. CO₂) führt, als wenn die Einschränkung der ersten Emission unter unterschiedlichen Fahrbedingungen ausgeführt würde. Es kann daher auch wünschenswert sein, zu ermöglichen, dass Emissionswerte für ein oder mehrere Gase unter bestimmten Bedingungen über Schwellenwerten des gesamten Fahrzyklus liegen.
Außerdem oder als Alternative kann es wünschenswert sein, nur bestimmte Motor- und/oder Abgasnachbehandlungs-Betriebsparameter zu steuern. Zum Beispiel kann es sich herausstellen, dass eine Spülung des LNT 10 während des Fahrens im Stadtgebiet mehr CO₂ erzeugt als eine Spülung des LNT 10 während des Fahrens auf der Autobahn, sodass die NO_X-Emissionen während des Fahrens im Stadtgebiet erhöht werden können, um eine unerwünschte Erhöhung von CO₂-Emissionen zu verhindern. Während des Fahrens im Stadtgebiet kann es sich herausstellen, dass NO_X-Emissionen durch Veränderungen hinsichtlich der Verbrennungs-, z. B. der Motorbedingungen mit geringeren Einbußen hinsichtlich der CO₂-Erzeugung reduziert werden können, und somit können, wenn eine Steuerung von NO_X-Emissionen erwünscht wird, die z. B. zur Erzielung einer Reduzierung von Emissionen erforderlich ist, Motorparameter anstelle der Steuerung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung variiert werden.
Unter bestimmten Fahrbedingungen können wirksame Steuerungen zur Steuerung von Emissionen verfügbar sein, z. B. kann während des Fahrens auf der Autobahn die NOx-Adsorption mit geringen Einbußen hinsichtlich der CO₂-Erzeugung, z. B. durch Spülen eines LNT erhöht werden. Für zusätzlich erzeugtes NO_X kann daher ein Ausgleich geschaffen werden und höhere Mengen der NOx-Erzeugung durch den Motor können akzeptiert werden.
Ungeachtet des gegenwärtigen Emissionswertes und der Fahrbedingung kann es wünschenswert sein, sicherzustellen, dass die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs maximiert wird. Bei der Regelung von Fahrzeugemissionshöhen kann eine Steuerung für den Motor und/oder die Abgasnachbehandlungssysteme ausgewählt werden, welche die beste Kraftstoffeffizienz des Motors und/oder Fahrzeugs bereitstellt und gleichzeitig die Emissionen innerhalb akzeptabler Grenzen hält. In manchen Fällen, insbesondere wenn das Fahrzeug neu ist und die Effizienz der Abgasnachbehandlungssysteme hoch ist, kann der Emissionswert häufig unter dem Schwellenwert gehalten werden. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, den Motor und/oder die Abgasnachbehandlungssysteme derart zu steuern, dass der Emissionswert erhöht wird, um Verbesserungen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz zu erzielen und gleichzeitig akzeptable Abgasemissionen beizubehalten.
Neben den obigen Ausführungen kann es wünschenswert sein, von einem gewünschten CF-Wert abzuweichen, wenn eine erhöhte Leistung vom Motor angefordert wird, um z. B. ein Überholmanöver auszuführen oder eine Geschwindigkeit an einer Steigung beizubehalten. Die Beibehaltung der Emissionswerte innerhalb der Schwellenwerte unter solchen Umständen, z. B. durch die momentane Ausführung von Einstellungen an dem Motor oder einem Abgasnachbehandlungssystem kann für den vollständigen Fahrzyklus zu erhöhten Emissionen insgesamt und/oder einer verringerten Kraftstoffeffizienz insgesamt führen. Im Hinblick auf die Kraftstoffeffizienz sowie die Emissionswerte insgesamt kann es effizienter sein, die Emissionsabweichung durch Korrigieren des gleitenden Emissionsmittelwertes, z. B. des CF-Wertes während eines späteren Abschnitts des Fahrzyklus auszugleichen.
Selbst unter Berücksichtigung dieser Faktoren kann es noch immer wünschenswert sein, sicherzustellen, dass jeder Abschnitt des Fahrens einen Abschnitt eines konformen, in Frage kommenden Fahrzyklus mit einem gleichwertigen CF für diesen Abschnitt umfassen könnte.
Zur Steuerung der Emissionen eines Fahrzeugs wie oben beschrieben kann ein Verfahren 300 gemäß einer Gestaltung der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Wie in 3 dargestellt, umfasst das Verfahren 300 einen ersten Schritt 302, in dem ein Emissionswert des Fahrzeugs bestimmt wird; einen zweiten Schritt 304, in dem die gegenwärtige Fahrkategorie des Fahrzeugs bestimmt wird; und einen dritten Schritt 306, in dem eine zu implementierende Motor- und/oder eine Abgasnachbehandlungssteuerung gemäß dem gegenwärtigen Emissionswert und einer Fahrbedingungskategorie bestimmt wird.
Der in dem ersten Schritt 302 bestimmte Emissionswert kann ein gleitender Emissionsmittelwert sein. Der Emissionswert kann Emissionsmittelwerte umfassen, die in Fahrzeiträumen innerhalb der gleichen Kategorie wie die gegenwärtige Fahrbedingung bestimmt wurden. Zum Beispiel kann sich der Emissionswert nur auf Zeiträume des Fahrens im Stadtgebiet, in ländlichen Gebieten oder auf der Autobahn beziehen. Außerdem oder als Alternative kann der Emissionswert Emissionsmittelwerte umfassen, die sich auf Zeiträume des Fahrens innerhalb unterschiedlicher Fahrbedingungskategorien beziehen. Der Emissionswert kann Emissionsmittelwerte umfassen, die während der gesamten Fahrt, z. B. des gesamten Fahrzyklus des Fahrzeugs bestimmt wurden. Der Emissionswert kann daher sicherstellen, dass der Emissionswert des gesamten Fahrzyklus bei oder unterhalb des Schwellenwerts liegt, um z. B. sicherzustellen, dass der Fahrzyklus gesetzlich vorgeschriebene Emissionsgrenzwerte erfüllt, falls der Fahrzyklus ein in Frage kommender Fahrzyklus ist.
Wie oben beschrieben, kann der Motor und/oder die Abgasnachbehandlungssteuerung in dem dritten Schritt 306 bestimmt werden, um die Kraftstoffeffizienz des Motors und/oder Fahrzeugs zu maximieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass der Emissionswert bei oder unter einem Schwellenwert gehalten wird. Der Schwellenwert kann je nach dem Emissionswert, der in dem ersten Schritt 302 bestimmt wurde, variieren. Falls zum Beispiel der Emissionswert Emissionsmittelwerte umfasst, die während Fahrzeiträumen innerhalb der gleichen Kategorie bestimmt wurden, kann ein Kategorieschwellenwert berücksichtigt werden, der mit einem wünschenswerten Grenzwert für diese Fahrkategorie in Beziehung steht, z. B. einem Grenzwert hinsichtlich der durchschnittlichen NO_X-Erzeugung während des Fahrens im Stadtgebiet. Falls als Alternative der Emissionswert Emissionsmittelwerte umfasst, die während unterschiedlichen Fahrbedingungskategorien bestimmt wurden, kann der Schwellenwert ein allumfassender oder kombinierter Emissionsschwellenwert sein.
Jeder Schwellenwert kann separat bestimmt werden. Die Schwellenwerte, die sich auf einzelne Fahrbedingungskategorien beziehen, können bestimmt werden, damit der kombinierte Schwellenwert eingehalten werden kann, falls ein Fahrzyklus ausgeführt wird, der die notwendigen Proportionen jeder Fahrbedingung umfasst, die als ein in Frage kommender Fahrzyklus eingestuft werden soll. Wie oben beschrieben, kann der kombinierte Schwellenwert mindestens teilweise auf gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerten basieren.
Die Schwellenwerte, die sich auf eine einzige Fahrbedingungskategorie beziehen, können während des Betriebs des Fahrzeugs aktualisiert werden. Zum Beispiel kann es sich herausstellen, dass das Fahrzeug kontinuierlich unter dem Schwellenwert liegt, der sich auf eine bestimmte Fahrbedingung, z. B. das Fahren auf der Autobahn, bezieht. Außerdem oder als Alternative kann es sich herausstellen, dass die Effizienz des Motors und/oder des Fahrzeugs unter einer bestimmten Fahrbedingung, z. B. beim Fahren im Stadtgebiet, unter erwarteten Werten liegt; in ähnlicher Weise kann die Effizienz unter einer anderen Fahrbedingung oberhalb erwarteter Werte liegen. Einer oder mehrere der Emissionsschwellenwerte können daher derart eingestellt werden, dass das Fahrzeug mit verbesserter Kraftstoffeffizienz über einen Bereich von Fahrbedingungen betrieben werden kann. Die Schwellenwerte können unter einer oder mehreren Fahrbedingungen gemäß der relativen Effizienz des Motors und/oder Fahrzeugs eingestellt werden.
Das Verfahren 300 kann zwei- oder mehrmals gleichzeitig ausgeführt werden, um beispielsweise Emissionen unter einer oder mehreren einzelnen Fahrbedingungen, z. B. Fahren im Stadtgebiet, in ländlichen Gebieten und/oder auf der Autobahn, in Betracht zu ziehen, wobei gleichzeitig die kombinierten Fahrzyklusemissionen berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass angemessene Emissionsgesamtwerte erzielt werden.
Das Verfahren 300 kann ferner das Bestimmen, wann die Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssteuerung zu implementieren ist, die in dem dritten Schritt 306 bestimmt wird, umfassen. Es kann bestimmt werden, dass die Steuerung sofort ausgeführt werden sollte, um den Emissionswert bei oder unter einem Schwellenwert zu halten. In diesem Fall kann eine Motor- und/oder eine Abgasnachbehandlungssteuerung ausgewählt werden, die für die gegenwärtige Fahrbedingung geeignet ist.
Außerdem oder als Alternative kann bestimmt werden, dass die Implementierung der Steuerung verzögert werden sollte, bis zum Beispiel das Fahrzeug innerhalb einer anderen Fahrbedingungskategorie betrieben wird. Dies kann darauf beruhen, dass eine Erhöhung eines Emissionswertes mit kleineren Einbußen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz und/oder einem oder mehreren Emissionswerten unter einer anderen Fahrbedingung ausgeglichen werden kann.
In jedem Fall kann die Zeitsteuerung der Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssteuerung bestimmt werden, um eine Kraftstoffeffizienz zu maximieren und gleichzeitig den Emissionswert bei oder unter dem Schwellenwert zu halten.
Um zu bestimmen, wann die Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssteuerung implementiert werden soll, die in dem dritten Schritt 306 bestimmt wird, kann das Verfahren 300 ferner das Bestimmen einer vorhergesagten zukünftigen Fahrbedingung und/oder eines vorhergesagten zukünftigen Emissionswertes umfassen. Die vorhergesagte Bedingung und/oder der vorhergesagte Emissionswert können durch Berücksichtigung einer geplanten Route des Fahrzeugs bestimmt werden, die z. B. in ein Navigationssystem des Fahrzeugs eingegeben wurde. Außerdem oder zusätzlich kann das Verfahren die Berücksichtigung von Routen umfassen, die häufig ausgeführt werden, und kann das Vorhersagen der Reihenfolge und Mengen unterschiedlicher Fahrbedingungen und/oder Emissionswerte, die zu erwarten sind, umfassen.
Falls eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, z. B. der LNT 10, mit guter Effizienz in Betrieb ist, kann es jedoch nicht vorteilhaft sein, eine Regeneration der Abgasnachbehandlungsvorrichtung auszuführen, um einen Emissionswert zu senken. Das Verfahren 300 kann daher ferner das Bestimmen der Effizienz einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfassen. Die Effizienz einer Vorrichtung kann berücksichtigt werden, wenn eine zu implementierende Steuerung bestimmt wird.
Außerdem oder als Alternative zur Ausführung des Verfahrens 300 kann zur Steuerung von Emissionen eines Fahrzeugs wie oben beschrieben ein Verfahren 400 gemäß einer anderen Gestaltung der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Wie in 4 dargestellt, umfasst das Verfahren 400 einen ersten Schritt 402, in dem ein gleitender Emissionsmittelwert für eine gegenwärtige Fahrbedingung bestimmt wird; einen zweiten Schritt 404, in dem ein vorhergesagter gleitender Emissionsmittelwert für eine zukünftige Fahrbedingung bestimmt wird; und einen dritten Schritt 406, in dem der Betrieb eines Motors oder eines Abgasnachbehandlungssystems gesteuert wird, um einen kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert für den gegenwärtigen oder zukünftigen Fahrzyklus bei oder unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten, um einen gewünschten kombinierten CF-Wert zu erzielen.
Die gegenwärtige und die zukünftige Fahrbedingung, die in Schritt 402, 404 in Betracht gezogen werden, können unterschiedliche Fahrbedingungskategorien sein. Als Alternative können die Fahrbedingungen die gleiche Fahrbedingungskategorie sein. In manchen Fällen können sich die gegenwärtige und die zukünftige Bedingung auf den gleichen Fahrzyklus beziehen und sich auf den gleichen kontinuierlichen Fahrabschnitt beziehen, der erwartungsgemäß fortgesetzt wird. Als Alternative kann die zukünftige Fahrbedingung Teil einer zukünftigen Fahrt oder eines zukünftigen Fahrzyklus des Fahrzeugs sein, die bzw. der geplant oder erwartet wird.
Anhand des Verfahrens 400 wie oben beschrieben können Emissionen über einen beliebigen Fahrzeitraum gesteuert werden, um sicherzustellen, dass der Abschnitt des Fahrzyklus, der gegenwärtig ausgeführt wird, als ein Abschnitt eines oder mehrerer konformer, in Frage kommender Fahrzyklen in Betracht kommen könnte. Auf diese Weise kann Konformität für in Frage kommende Fahrzyklen erreicht werden, die ausgeführt werden; ferner können die Emissionen, die aus nicht in Frage kommenden Fahrzyklen erzeugt werden, einem CF-Wert entsprechen, der mit einem Fahrabschnitt der gleichen Kategorie übereinstimmt, die Teil eines konformen, in Frage kommenden Fahrzyklus ist, z. B. kann ein Fahrzeitraum Teil eines konformen, in Frage kommenden Fahrzyklus sein. Außerdem oder als Alternative kann das oben beschriebene Verfahren 400 angewendet werden, um sicherzustellen, dass jeder reale Fahrzyklus gesetzlich vorgeschriebene Grenzwerte für CF erfüllt, und zwar ungeachtet dessen, ob der Fahrzyklus ein in Frage kommender Fahrzyklus ist oder nicht.
Es ist oftmals wünschenswert, ein Fahrzeug zwecks einer optimalen Kraftstoffeffizienz über eine Kombination von Fahrbedingungen oder eine vollständige Fahrt oder einen vollständigen Fahrzyklus zu betreiben. Es kann daher wünschenswert sein, eine gegenwärtige und eine zukünftige Fahrbedingung zusammen zu betrachten, sodass Betriebsbedingungen des Motors und des Abgasnachbehandlungssystems derart gesteuert werden können, dass die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs über eine Fahrt optimiert wird und gleichzeitig dennoch sichergestellt wird, dass die kombinierten Emissionswerte akzeptabel bleiben. Eine solche Steuerung kann Verbesserungen an der Kraftstoffeffizienz insgesamt und/oder Emissionen für alle Fahrzyklen ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein System 500 zum Steuern von Abgasemissionen gemäß einer Gestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System 500 umfasst ein erstes Modul 502, das konfiguriert ist, einen Emissionswert des Fahrzeugs zu bestimmen; ein zweites Modul 504, das konfiguriert ist, die gegenwärtige Fahrkategorie des Fahrzeugs zu bestimmen; und ein drittes Modul 506, das konfiguriert ist, eine zu implementierende Motor- und/oder eine Abgasnachbehandlungssteuerung gemäß dem gegenwärtigen Emissionswert und einer Fahrbedingungskategorie zu bestimmen.
Unter Bezugnahme auf 6 ist ein System 600 zum Steuern von Abgasemissionen gemäß einer anderen Gestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System umfasst ein erstes Modul 602, das konfiguriert ist, einen gleitenden Emissionsmittelwert für eine gegenwärtige Fahrbedingung zu bestimmen; ein zweites Modul 604, das konfiguriert ist, einen vorhergesagten gleitenden Emissionsmittelwert für eine zukünftige Fahrbedingung zu bestimmen; und ein drittes Modul 606, das konfiguriert ist, den Betrieb eines Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems zu steuern, um einen kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert für den gegenwärtigen oder zukünftigen Fahrzyklus bei oder unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten, um den gewünschten kombinierten CF-Wert zu erzielen.
Man wird zu schätzen wissen, dass das System 600 ein oder mehrere Module umfassen kann, die ähnlich wie die Module 502, 504, 506 des Systems 500 und umgekehrt konfiguriert sind. Bezugnahmen in dieser Spezifikation auf eines der Systeme 500, 600 können daher eine Bezugnahme auf das andere der Systeme einschließen, das geeignet konfiguriert wurde.
Wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, verlassen Abgase, die durch das Abgassystem 8 gelangen, das Fahrzeug über den Auslass 14. Die Konzentration von Schadstoffen, zum Beispiel NOx, CO und Kohlenwasserstoffen (HC), die von dem Fahrzeug ausgestoßen werden, können daher durch die Gegenwart eines oder mehrerer Auslassemissionssensoren 16 überwacht werden. Der eine oder die mehreren Auslassemissionssensoren können Werte von NOx, CO₂, CO, Feinstaub (Particulate Matter = PM), Ruß, HC oder anderen Gasen messen.
Außerdem oder als Alternative können ein oder mehrere Motoremissionssensoren 18 zwischen dem Motor 2 und dem Abgassystem 8 bereitgestellt sein. Falls beide Sätze von Emissionssensoren bereitgestellt sind, kann ein Vergleich zwischen den Messwerten aus dem einen oder den mehreren Auslasssensoren 16 und dem einen oder den mehreren Motorsensoren 18 gezogen werden, um die Effizienz des Abgassystems 8 bei der Verringerung von Fahrzeugemissionen zu bestimmen.
Außerdem oder als Alternative zur Bereitstellung von Emissionssensoren 16, 18 können sich das eine oder die mehreren Module innerhalb der Systeme 500, 600 auf ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle von Emissionswerten beziehen, die die Systeme 500, 600 mit berechneten Emissionswerten für die gegenwärtigen Motorlaufbedingungen und mit Abgasnachbehandlungssystem-Parametern versorgen können. Die Systeme 500, 600 können daher die Verfahren 300, 400 ohne direkte Messung von Motor- oder Fahrzeugemissionen ausführen. Falls als Alternative der eine oder die mehreren Motoremissionssensoren 18 bereitgestellt sind, kann sich das eine oder die mehreren Module der Systeme 500, 600 auf ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle der Abgasnachbehandlungseffizienz beziehen, um die Senkung von Emissionen, die von dem Abgasnachbehandlungssystem erwartungsgemäß erreicht werden, und somit die Fahrzeugemissionen zu berechnen. Das Datenmodell oder die Nachschlagtabelle können Betriebsbedingungen des Motors, des Fahrzeugs und/oder des Abgassystems, die Fahrbedingungskategorie und das Alter und eine vorhergesagte Abnutzung von Abgasnachbehandlungssystemen berücksichtigen.
Das System 500, 600 kann eine oder mehrere Messungen von Emissionssensoren 16, 18 verwenden, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind, um die oben beschriebenen Datenmodelle oder Nachschlagtabellen oder andere Datenmodelle und Nachschlagtabellen zu befüllen, zu aktualisieren oder zu verbessern. Unabhängig davon, wie der gegenwärtige Emissionswert bestimmt wird, kann der gegenwärtige Emissionswert außerdem zusammen mit den gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen aufgezeichnet werden. Solche Informationen können zum Beispiel verwendet werden, um geeignete Schwellenwerte zu bestimmen, die sich auf Emissionen innerhalb einzelner Fahrbedingungskategorien beziehen, wie in dem Verfahren 300 oben und/oder bei der Vorhersage von zukünftigen Emissionswerten in dem Verfahren 400 und/oder für ein beliebiges anderes Verfahren beschrieben.
Gleitende Emissionsmittelwerte für zukünftige Fahrbedingungen, die im Verfahren 400 verwendet werden sollen, können basierend auf einem Mittelwert der vorherigen Emissionswerte vorgesagt werden, die von dem Fahrzeug aufgezeichnet werden. Außerdem oder als Alternative können die Fahrzeugbetriebsbedingungen für die zukünftige Fahrbedingung vorhergesagt werden und zur Bestimmung eines vorhergesagten Emissionswertes verwendet werden. Die zukünftigen Fahrzeugbetriebsbedingungen können durch Berücksichtigung der gegenwärtigen Position und/oder der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs vorhergesagt werden. Außerdem oder als Alternative können Fahrzeugrouteninformationen, zum Beispiel von einem Fahrzeugnavigationssystem, verwendet werden, um vorhergesagte zukünftige Fahrzeugbedingungen und/oder Emissionen mindestens teilweise zu bestimmen. Wiederum außerdem oder als Alternative können vergangene Fahrzeugrouteninformationen und/oder vergangene Fahrzeugbedingungen verwendet werden, um zukünftige Fahrzeugbedingungen zu bestimmen, zum Beispiel können sich Routen, die regelmäßig genommen werden, erwartungsgemäß wiederholen und/oder im Vorfeld aufgezeichnete Fahrzeugbedingungen und/oder Emissionswerte können erwartungsgemäß erneut auftreten.
Fahrzeugbedingungen und/oder Emissionswerte auf Routen, die regelmäßig ausgeführt werden, können von dem System 600 aufgezeichnet und innerhalb eines Datenmodells oder einer Nachschlagtabelle des Systems 600 als „häufige Routen“ gespeichert werden. Die häufigen Routen können basierend auf den Fahrzeugbedingungen und/oder Emissionswerten erkannt werden, selbst wenn keine Navigationsinformationen zur Verfügung stehen. Vorhergesagte Fahrzeugbedingungen und/oder Emissionswerte können daher basierend auf Werten bestimmt werden, die für die häufigen Routen aufgezeichnet werden.
Das System 600 kann vorhersagen, dass die Kombination von zukünftigen Fahrbedingungen innerhalb des gegenwärtigen Fahrzyklus und/oder die Länge des gegenwärtigen Fahrzyklus möglicherweise nicht zu einem in Frage kommenden Fahrzyklus führen. Unter diesen Umständen kann das System 600 zur gewünschten Steuerung von Emissionen eine zukünftige Fahrbedingung in Betracht ziehen, die erwartungsgemäß nicht innerhalb des gegenwärtigen Fahrzyklus oder der gegenwärtigen Fahrt liegt. Die zukünftige Fahrbedingung kann erwartungsgemäß während einer zukünftigen Fahrt oder eines zukünftigen Fahrzyklus auftreten. Außerdem oder als Alternative kann das System 600 wie oben erwähnt weiterhin zukünftige Fahrbedingungen berücksichtigen, die geplant sind (z. B. durch ein bordseitiges Navigationssystem) oder während der gegenwärtigen Fahrt (z. B. als Teil einer in regelmäßigen Abständen wiederholten Fahrt) erwartungsgemäß auftreten werden. Das System kann dadurch Motor- und/oder Fahrzeugemissionen steuern, um sicherzustellen, dass der gegenwärtige Fahrzyklus im Hinblick auf die erzeugten Emissionen ein konformer Fahrzyklus ist.
Falls zukünftige Betriebsbedingungen des Fahrzeugs vorhergesagt werden, zum Beispiel anhand der oben erwähnten Überlegungen, kann das System 600 auf das oben beschriebene Datenmodell oder die Nachschlagtabellen Bezug nehmen, um zukünftige Emissionswerte vorherzusagen. Als Alternative kann ein anderes Datenmodell oder eine andere Nachschlagtabelle verwendet werden.
Wie oben beschrieben, ist es in vielen Fällen wünschenswert, die Motorbedingungen und Abgasnachbehandlungssysteme über einen Fahrzyklus zu steuern, um eine verbesserte Leistung in Teilen des Fahrzyklus und/oder eine verbesserte Kraftstoffeffizienz über den gesamten Fahrzyklus bereitzustellen. Eine derartige Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs kann auch eine Senkung der Emissionen insgesamt ermöglichen.
Das System 600 kann die Motorbedingungen und/oder Abgasnachbehandlungssysteme gemäß einer Emissions-, Effizienz- und/oder Leistungsstrategie steuern. Zum Beispiel können die Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssysteme unter der vorliegenden Fahrbedingung gesteuert werden, um eine optimale Effizienz des Fahrzeugs für die gegenwärtige Fahrbedingung; und/oder eine optimale Effizienz des Kraftfahrzeugs über mehr als eine Fahrbedingung, z. B. über den gegenwärtigen Fahrzyklus; und/oder eine optimale Leistung des Kraftfahrzeugs unter der gegenwärtigen Fahrbedingung; und/oder minimierte Emissionen eines oder mehrerer Abgase unter der gegenwärtigen Fahrbedingung und/oder dem gegenwärtigen Fahrzyklus bereitzustellen.
Vorhergesagte zukünftige Emissionswerte können von dem System 600 benutzt werden um eine Emissions-, Effizienz und/oder Leistungsstrategie zu bestimmen, die die gegenwärtige und die zukünftige Fahrbedingung umfasst. Falls eine Strategie bereits umgesetzt wird, können als Alternative zukünftige Motorbetriebsbedingungen unter der Voraussetzung bestimmt werden, dass diese Strategie fortgesetzt wird oder in dem zukünftigen Fahrzyklus berücksichtigt wird.
Außerdem oder als Alternative kann bestimmt werden, dass eine Steuerung des Motors und/oder der Abgasnachbehandlungsbedingungen, die unter der gegenwärtigen Fahrbedingung wünschenswert sein kann, in der zukünftigen Fahrbedingung vorteilhafter umgesetzt werden kann. Zum Beispiel die Spülung des LNT 10 wie oben beschrieben. In diesem Fall kann das System 400 diese Steuerung des Motors und/oder des Abgasnachbehandlungssystems verzögern, bis die zukünftige Fahrbedingung ausgeführt wird.
Während einer vorherigen Fahrbedingung wurde möglicherweise vorausgesetzt, dass eine Steuerung von gegenwärtigen Motorparametern weiterhin einer Emissions-, Leistungs- und/oder Effizienzsteuerstrategie folgen würde, die während der vergangenen Fahrbedingung bestimmt wurde. Daher kann es wünschenswert sein, dass das System 400 eine vergangene Fahrbedingung und/oder einen vergangenen Emissionswert aufweist, wenn ein kombinierter gleitender Emissionsmittelwert bestimmt wird, und der ausgewählten Strategie weiterhin gefolgt wird. Als Alternative kann das System 400 bestimmen, dass eine andere Strategie für vorliegende und/oder zukünftige Fahrbedingungen angenommen werden sollte.
Selbst wenn keine bestimmte Emissions-, Leistungs- und/oder Effizienzstrategie angewendet wird, kann eine Berücksichtigung eines vergangenen Emissionswertes erforderlich sein, um sicherzustellen, dass übermäßig erzeugten Emissionen unter den gegenwärtigen und/oder zukünftigen Fahrbedingungen Rechnung getragen werden kann.
Unter machen Umständen kann es wünschenswert sein, zusätzliche vergangene und/oder zukünftige Fahrbedingungen bei der Bestimmung eines kombinierten gleitenden Emissionsmittelwertes in Betracht zu ziehen, um beispielsweise die Kraftstoffeffizienz zu optimieren und/oder einen geeigneten Emissionswert über eine Fahrt oder einen Fahrzyklus, die bzw. der eine große Anzahl von Abschnitten unterschiedlicher Fahrbedingungen umfasst, oder über mehrere kurze Fahrzyklen zu erzielen.

Claims

Verfahren zur Regelung von Emissionen eines Kraftfahrzeugs, um einen gewünschten Konformitätsfaktor zu erzielen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines gleitenden Emissionsmittelwertes für eine gegenwärtige Fahrbedingung; Bestimmen eines vorhergesagten gleitenden Emissionsmittelwertes für eine zukünftige Fahrbedingung; Bestimmen eines kombinierten gleitenden Emissionsmittelwertes, der basierend auf der gegenwärtigen und der zukünftigen Bedingung berechnet wird, und Steuern des Betriebs eines Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems, um den kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert bei oder unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten und dadurch den gewünschten Konformitätsfaktor zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen eines gleitenden Emissionsmittelwertes für eine vergangene Fahrbedingung; und wobei der kombinierte gleitende Emissionsmittelwert basierend auf der vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Fahrbedingung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Emissionswert, der verwendet wird, um einen oder mehrere gleitende Emissionsmittelwerte zu bestimmen, gemäß der Fahrbedingung des Fahrzeugs kategorisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kategorie der Fahrbedingung gemäß einer entsprechenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kategorie der Fahrbedingung gemäß einer entsprechenden Radleistung des Fahrzeugs bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei jeder der gleitenden Emissionsmittelwerte Emissionswerte in einer einzigen Kategorie umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei einer oder mehrere der gleitenden Emissionsmittelwerte Emissionswerte in unterschiedlichen Kategorien umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Emissionswert, der zum Bestimmen eines oder mehrerer der gleitenden Emissionsmittelwerte verwendet wird, durch Bezugnahme auf ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorhergesagte gleitende Emissionsmittelwert durch Bezugnahme auf ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle von Emissionswerten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Emissionswert, der zum Bestimmen eines oder mehrerer der gleitenden Emissionsmittelwerte verwendet wird, aus Messungen eines oder mehrerer Sensoren bestimmt wird, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Messungen aus einem oder mehreren Sensoren, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind, verwendet werden, um ein Datenmodell oder eine Nachschlagtabelle zu befüllen, zu aktualisieren oder zu verbessern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorhergesagte gleitende Emissionsmittelwert für die zukünftige Fahrbedingung basierend auf einem oder mehreren der folgenden bestimmt wird: a) gegenwärtigen Fahrzeugrouteninformationen; b) gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen; c) vorherigen Fahrzeugbetriebsbedingungen; d) vorherigen Fahrzeugemissionswerten; und e) vorherigen Fahrzeugrouteninformationen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betrieb des Motors und/oder Abgasnachbehandlungssystems derart gesteuert wird, dass eines oder mehrere der folgenden bereitgestellt wird: f) optimale Effizienz des Kraftfahrzeugs für die Kombination von mehr als einer Fahrbedingung; g) optimale Effizienz des Kraftfahrzeugs unter der gegenwärtigen Fahrbedingung; h) optimale Leistung des Kraftfahrzeugs unter der gegenwärtigen Fahrbedingung; i) minimierte Emissionen aus dem Kraftfahrzeug unter der gegenwärtigen Fahrbedingung; und j) minimierte Emissionen aus dem Kraftfahrzeug für die Kombination von mehr als einer Fahrbedingung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorhergesagte Emissionswert unter der Voraussetzung bestimmt wird, dass der Motor und/oder das Abgasnachbehandlungssystem derart gesteuert werden, dass eines oder mehrere der folgenden bereitgestellt wird: e) reduzierte Emissionen aus dem Kraftfahrzeug; f) optimale Leistung des Kraftfahrzeugs unter der zukünftigen Fahrbedingung; g) optimale Effizienz des Kraftfahrzeugs unter der zukünftigen Fahrbedingung; und f) optimale Effizienz des Kraftfahrzeugs für die Kombination von mehr als einer Fahrbedingung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Voraussetzung hinsichtlich der Steuerung des Motors und/oder Abgasnachbehandlungssystems basierend auf einem oder mehreren der folgenden bereitgestellt wird: e) gegenwärtigen Fahrzeugrouteninformationen; f) gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen und/oder Emissionen; g) vorherigen Fahrzeugrouteninformationen; und h) vorherigen Fahrzeugbetriebsbedingungen und/oder Emissionen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner umfasst: Kategorisieren der gegenwärtigen Fahrbedingung des Fahrzeugs; und Bestimmen einer Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssteuerung, die gemäß dem kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert und einer gegenwärtigen Fahrbedingungskategorie implementiert werden soll.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuern des Betriebs eines Motors und/oder Abgasnachbehandlungssystems verzögert wird, bis das Fahrzeug innerhalb der zukünftigen Fahrbedingung betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen einer vorhergesagten Fahrbedingungskategorie für eine zukünftige Fahrbedingung; Bestimmen einer Motor- und/oder Abgasnachbehandlungssteuerung, die gemäß dem kombinierten gleitenden Emissionsmittelwert und einer zukünftigen Fahrbedingungskategorie implementiert werden soll.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betrieb eines Motors und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems derart gesteuert wird, dass die Emissionen eines oder mehrerer Gase aus dem Fahrzeug unter einer oder mehreren Fahrbedingungen erhöht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fahrzyklus, der die Fahrbedingungen umfasst, die zur Bestimmung des kombinierten gleitenden Emissionsmittelwertes berücksichtigt werden, laut europäischen Emissionsvorschriften als ein in Frage kommender Fahrzyklus in Betracht käme.
System, umfassend ein oder mehrere Module, die konfiguriert sind, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 auszuführen.
System nach Anspruch 21, ferner umfassend einen oder mehrere Emissionssensoren.
Fahrzeug, umfassend das System nach Anspruch 21 oder 22.
Software, die bei Ausführung durch eine Computereinrichtung die Computereinrichtung veranlasst, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 auszuführen.