DE102016224430A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels elektrischer Heizung für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor sowie Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage und Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels elektrischer Heizung für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor sowie Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage und Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Der Gegenstand der Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Fahrzeuges. Das Verfahren nutzt ein Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs zur Ermittlung der Fahrprofile sowie eine elektrische Abgasheizeinrichtung des Fahrzeugs zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das Verfahren ermittelt auf der Wegstrecke des Fahrzeugs mögliche Fahrprofile und ermittelt aus diesen das Fahrprofil mit dem niedrigsten Kraftstoffverbrauch. Dabei werden eine erforderliche Anzahl an und/oder die zeitliche Anordnung der Regenerations-Vorgänge der Abgasnachbehandlungseinrichtung während der Fahrprofile bei Einhaltung eines Abgasemissionsziels des Fahrzeugs bestimmt. Die Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung ausgebildet zur Durchführen des Verfahrens und ein Fahrzeug welches eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Vorrichtung umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines NOx-Speicher-Katalysators oder Partikelfilters, mittels elektrischer Heizung des Abgases während des Betriebs eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor unter Einhaltung eins Abgasemissionsziels.
  • Verbrennungsmotoren erzeugen beim Betrieb häufig erhebliche Mengen von Schadstoffen. Schadstoffe können im Abgas gasförmig, beispielsweise als Stickoxide (NOx) oder auch fest, als Partikel, vorliegen. Es werden verschiedene Arten von Abgasnachbehandlungseinrichtungen eingesetzt, durch welche das motorische Abgas geleitet wird, um den Schadstoffausstoß an gesetzliche Vorgaben anzupassen. Zur ordnungsgemäßen Funktion benötigen diese Abgasnachbehandlungseinrichtungen allerdings bestimmte Betriebsbedingungen.
  • Bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Diesel- und Otto-Motoren liegen insbesondere die Stickoxid-Mengen im unbehandelten Abgas in der Regel über den zulässigen Grenzwerten, so dass eine Abgasnachbehandlung zur Verringerung der NOx-Emissionen notwendig ist. Bei vielen Motoren erfolgt die Reduktion der Stickoxide durch die im Abgas enthaltenen nicht-oxidierten gasförmigen Bestandteile, nämlich durch Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), mit Hilfe eines Dreiwegekatalysators. Insbesondere bei Diesel- und Otto-Magermotoren steht dieses Verfahren jedoch nicht zur Verfügung, da durch den hohen Sauerstoffanteil im Abgas die Reduzierung von NOx nicht bzw. kaum erfolgt. Vor allem bei mager betriebenen Ottomotoren, aber auch bei Dieselmotoren wird daher gemäß einem verbreiteten Verfahren ein NOx-Speicher-Katalysators (auch „LNT“ von englisch „Lean NOx Trap“) eingesetzt, der die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide anlagert. Wenn das Aufnahmevermögen des NOx-Speicher-Katalysators erschöpft ist, wird dieser üblicherweise durch „fetten“ Betrieb (Betrieb mit Kraftstoffüberschuss) des Verbrennungsmotors regeneriert. Während einer solchen Regeneration muss sich allerdings auch die Temperatur des NOx-Speicher-Katalysators oberhalb einer Minimaltemperatur befinden, um eine erfolgreiche Regeneration durchzuführen. Die Temperatur des NOx-Speicher-Katalysators ergibt sich im Wesentlichen aus der Temperatur TA und dem Volumenstrom
    Figure DE102016224430A1_0002
    des ihn durchströmenden Abgases.
  • Der Betriebszustand eines Verbrennungsmotors bestimmt unter anderem den Abgasvolumenstrom
    Figure DE102016224430A1_0003
    die Abgastemperatur TA und das Luft-Kraftstoffverhältnis λ des durch den NOx-Speicherkatalysator strömenden Abgases. Diese Parameter, insbesondere das Luft-Kraftstoffverhältnis λ, haben Einfluss auf die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators. Für eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysator wird der Verbrennungsmotor mit Kraftstoffüberschuss (λ < 1) betrieben, was ein „fettes“ Abgas mit hohem CO und HC-Gehalt erzeugt. Dabei wird das im NOx-Speicher-Katalysator angelagerte NOx mit im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen HC und Kohlenmonoxid CO in ungefährliches Kohlendioxid CO2, Wasser H2O und Stickstoff N2 umgewandelt. Nachteilig an einer solchen Regeneration ist, dass ein Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoffüberschuss einen verringerten Wirkungsgrad und damit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch verursacht.
  • Dieses Verfahren zur Regeneration von NOx-Speicherkatalysatoren unterliegt außerdem einigen Einschränkungen. Es liefert nur dann zuverlässige Resultate wenn die Regeneration unter stabilen und bestimmten Randbedingungen stattfindet. Beispielsweise wird die Genauigkeit der Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ beeinträchtigt, wenn starke Last- und/oder Drehzahlgradienten auftreten. Solche Gradienten treten beispielsweise bei abrupten Beschleunigungsvorgängen auf.
  • Auch ist ein „fetter“ Betrieb des Verbrennungsmotors bei sehr hohen Drehzahlen und Lasten zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators ungünstig. Solche Betriebszustände resultieren in sehr hohen Abgasvolumenströmen und damit Strömungsgeschwindigkeiten im NOx-Speicherkatalysator. Bei zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten und damit zu kurzen Verweilzeiten im NOx-Speicherkatalysator kann eine unvollständige Umsetzung der HC und CO mit dem angelagerten NOx auftreten. In beiden Beispielen ist eine vollständige Regeneration des NOx-Speicherkatalysators nur mit weiter erhöhtem Kraftstoffverbrauch und/oder Schadstoffausstoß möglich bzw. nur eine unvollständige Regeneration erreichbar.
  • Vor allem Dieselmotoren, aber auch direkt einspritzende Ottomotoren erzeugen während der Verbrennung auch Partikel, die hauptsächlich aus Ruß, also unverbranntem Kohlenstoff bestehen. Zur Reduzierung der Partikelemission wird üblicherweise das Abgas des Verbrennungsmotors durch einen Partikelfilter (PF) geleitet. Dieser beinhaltet üblicherweise einen porösen Keramikkörper an welchen sich die Partikel anlagern.
  • Mit zunehmender Partikelbeladung steigt der Strömungswiderstand des Abgases über den PF allerdings an, woraus ein Druckverlust für das ihn durchströmende Abgas resultiert. Dieser Druckverlust ist nachteilig für den Betrieb des Verbrennungsmotors, unter anderem verringert er dessen Wirkungsgrad. Wenn die Menge der angelagerten Partikel einen konstruktiv bestimmten Wert überschritten hat, überschreitet auch der Druckverlust einen als noch akzeptabel definierten Schwellwert.
  • In solchen Fällen wird der PF regeneriert. Die Regeneration erfolgt dadurch, dass die Temperatur des PF über einen Schwellwert TPF erhöht wird, ab der die angelagerten Partikel mit dem im Abgas vorhandenen Restsauerstoff oxidieren, umgangssprachlich „verbrennen“. Um dies zu erreichen, wird der Verbrennungsmotor so betrieben, dass sich eine Abgastemperatur TA oberhalb des Schwellwerts TPF einstellt.
  • Wird der Verbrennungsmotor mit einer geringen Last betrieben, wird durch Maßnahmen wie Nacheinspritzung oder generell späten Verbrennungsschwerpunkt die Abgastemperatur TA auf eine Temperatur oberhalb des Schwellwerts TPF erhöht. Ein solcher Betrieb des Verbrennungsmotors mit Maßnahmen, welche die Abgastemperatur TA erhöhen ist überhaupt nur möglich, wenn der Verbrennungsmotor mit einer Last MD oberhalb eines Schwellwerts MPFmin betrieben wird. Diese Maßnahmen sind außerdem nachteilig, da sie einen verringerten Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und damit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch verursacht.
  • Bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb sind üblicherweise ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor mit einer Leistungselektronik und einer Batterie vorgesehen. Der Elektromotor kann üblicherweise über den Antriebsstrang Energie an die Antriebsräder des Fahrzeuges übertragen und damit die Last des Verbrennungsmotors für einen gegebenen Fahrzustand reduzieren. Diese Energie wird dann aus der Batterie entnommen.
  • Der Elektromotor kann im Bedarfsfall auch als Generator betrieben werden, um vom Verbrennungsmotor abgegebene mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der momentane Fahrwunsch des Fahrers des Hybridfahrzeuges ein gegenüber dem vom Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellten Drehmoment geringeres Antriebsmoment der Antriebsräder abruft. Die elektrische Energie kann in der Batterie gespeichert oder elektrischen Verbrauchern, wie einer Heizeinrichtung, zur Verfügung gestellt werden. So wird die Last des Verbrennungsmotors für einen gegebenen Fahrzustand erhöht.
  • Moderne Fahrzeuge sind häufig mit Fahr-Assistenzsystemen ausgestattet. Ein solches Fahr-Assistenzsystem ist beispielsweise eine adaptive Geschwindigkeitsregelung (auch „Adaptive Cruise Control“, abgekürzt ACC). Eine ACC beschleunigt und verzögert das Fahrzeug automatisch so, dass der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug ohne Zutun des Fahrers in einem Sollbereich bleibt. Der Sollbereich wird von der ACC abhängig von Geschwindigkeit und Verkehrslage festgelegt. Mit ACC ausgestattete Fahrzeuge weisen dementsprechend auch Sensoren und Kommunikationseinrichtungen auf, welche die Umgebung des Fahrzeugs erfassen und Verkehrsinformationen empfangen und/oder übermitteln.
  • Eine weitergehende Entwicklung im Bereich Fahr-Assistenzsystemen sind autonom fahrende Fahrzeuge. Ein autonom fahrendes Fahrzeug kann sich definitionsgemäß ohne Eingriffe eines Fahrers in seiner Umgebung bewegen. Ein Fahrer bzw. Passagier des Fahrzeugs gibt ein Ziel der Fahrt vor und muss danach keine weiteren Handlungen vollziehen. Das autonom fahrende Fahrzeug legt eine Route vom momentanen Standort zum Zielort fest und fährt diese selbständig ab. Das heißt das autonom fahrende Fahrzeug wählt selbständig seine Geschwindigkeit und Fahrtrichtung und reagiert auf Verkehrsereignisse. Dazu bedienen sich autonom fahrende Fahrzeuge verschiedener Sensoren, Kommunikationsmittel und Steuerungseinrichtungen.
  • Beispielsweise können von einem autonom fahrenden Fahrzeug GPS-Daten genutzt werden, um eine momentane Position und Geschwindigkeit des Fahrzeugs festzustellen. Über ein Mobilfunknetz können einem autonom fahrenden Fahrzeug lokale Straßenkarten oder Daten zur aktuellen Verkehrslage elektronisch bereitgestellt werden. Auch kann ein autonom fahrendes Fahrzeug so ausgerüstet sein, dass es mit anderen Fahrzeugen, die mit entsprechenden Einrichtungen ausgerüstet sind, kommunizieren kann, um Verkehrsereignisse frühzeitig zu erkennen und Fahrprofile zu koordinieren.
  • Autonom fahrende Fahrzeuge nehmen ihre Umgebung üblicherweise durch verschiedene Sensoren wahr, die beispielsweise auf sichtbarem Licht, Infrarotstrahlung oder Radarstrahlung basieren können. Mittels entsprechender elektronischer Datenverarbeitungseinrichtungen und Steuerungseinrichtungen werden die verfügbaren Informationen verarbeitet und die entsprechenden Komponenten des Fahrzeugs wie beispielsweise Lenkung, Bremsen, Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe angesteuert.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2015 216 137.4 offenbart ein Verfahren zur Temperaturregelung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung während des Betriebs eines autonom fahrenden Fahrzeugs. Das Verfahren nutzt die Ansteuerung eines Antriebsstrang und eines Verbrennungsmotors sowie die Freiheitsgrade eines autonom fahrenden Fahrzeugs, so dass sich für den Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung günstige Temperaturen ergeben.
  • In der US 2013/0213010A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart, welche durch elektrische Zuheizung des Abgases eines Verbrennungsmotors die Regeneration eines Dieselpartikelfilters unterstützen.
  • In der DE 10 2014 203 408 A1 ist ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters offenbart, in dem ein für einen ungestörten Betrieb einer Brennkraftmaschine günstiges Zeitfenster für ein Regenerationsereignis ermittelt wird. In der DE 10 2007 027 182 A1 ist ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters offenbart, in dem Bedingungen für den Start und zum Durchführen einer Regeneration in Abstimmung mit Parametern anderer Fahrzeuge bestimmt werden, mit denen das Fahrzeug kommuniziert.
  • In der DE 10 2011 014 164 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Fahrprofils für ein Regenerieren einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb offenbart. In der DE 10 2009 008 393 A1 ist ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb offenbart, wobei im Hybridsystem erzeugte elektrische Energie mindestens teilweise zum Betrieb einer elektrischen Abgasheizeinrichtung verwendet wird.
  • Es besteht die Aufgabe, eine gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafte Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Fahrzeuges. Das Fahrzeug umfasst neben der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsstrang, eine elektrische Abgasheizeinrichtung, ein Fahr-Assistenzsystem und eine Steuerungseinrichtung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • – Ermitteln einer Anzahl von in einer Verkehrslage des Fahrzeugs mit dem Fahr-Assistenzsystem auf einer gegebenen Wegstrecke durchführbaren Fahrprofilen.
    • – Analyse der ermittelten Fahrprofile bezüglich ihrer Eignung für wenigstens eine energieeffiziente Regeneration.
    • – Ermitteln eines jeweiligen elektrischen Zuheizbedarfs der elektrischen Abgasheizeinrichtung für eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung während der ermittelten Fahrprofile und Ermitteln des dadurch entstehenden Kraftstoffverbrauchs auf der Basis der durchgeführten Analyse.
    • – Ermitteln des Fahrprofils, welches den geringsten Gesamt-Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung von Regenerations-Vorgängen und elektrischem Zuheizbedarf benötigt,
    wobei die erforderliche Anzahl an Regenerationsvorgängen der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder deren zeitliche Anordnung während der Fahrprofile bei Einhaltung eines Abgasemissionsziels des Fahrzeugs auf der Basis der durchgeführten Analyse ermittelt werden. Der dadurch entstehende Kraftstoffverbrauch wird dann ebenfalls ermittelt.
  • Die erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft, weil das Fahr-Assistenz-System verwendet wird, um ein elektrisches Heizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung unter Bedingungen zu steuern, in den das Abgas für das Gewährleisten eines effizienten Regenerierens der Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht ausreichend ist. Dadurch können zum Regenerieren günstige Bedingungen erweitert werden.
  • Zum Ermitteln der Fahrprofile werden vorzugsweise Informationen zur Verkehrslage aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs und/oder dem Fahr-Assistenzsystem und/oder von Verkehrszeichenanlagen (einschließlich „Ampeln“ und variablen Geschwindigkeitsbegrenzungen) und / oder aus Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Datenverbindungen und/oder Radiosignalen und/oder Mobilfunknetzen verwendet werden.
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung des Fahrzeugs umfasst vorzugsweise einen Partikelfilter und/oder einen NOx-Speicherkatalysator. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch vorteilhaft anwendbar auf andere Abgasnachbehandlungssysteme, deren Regeneration einen bestimmten Temperaturbereich erfordert.
  • Die Analyse der ermittelten Fahrprofile bezüglich ihrer Eignung für wenigstens eine energieeffiziente Regeneration erfolgt vorzugsweise an Hand der Anzahl und der Zeitdauer von leichten Beschleunigungsvorgängen und Konstantfahrstrecken. Möglichst lang anhaltende leichte Beschleunigungs- und Konstantfahrzustände des Fahrzeugs sind besonders vorteilhafte Möglichkeiten zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Vorzugsweise umfassen die ermittelten Fahrprofile Einstellungen des Antriebsstrangs und des Verbrennungsmotors.
  • Das Fahr-Assistenzsystem des Fahrzeugs umfasst vorzugsweise eine adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung und/oder eine autonome Fahreinrichtung. Der Antriebsstrang des Fahrzeugs umfasst üblicherweise ein Übersetzungsgetriebe, er kann aber auch ein Hybridsystem umfassen.
  • Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgeprägt, dass nur Fahrprofile ermittelt werden, in welchen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ausschließlich Gradienten unterhalb eines Geschwindigkeitsgradienten-Maximalwerts aufweist. Solche Fahrprofile beinhalten potentiell auch geringe Drehzahl- und Lastgradienten des Verbrennungsmotors, was einen Betrieb des Verbrennungsmotors zur effizienten Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorteilhaft erleichtert.
  • Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgeprägt, dass nur Fahrprofile ermittelt werden, in welchen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ausschließlich oberhalb eines Geschwindigkeits-Minimalwerts und/oder unterhalb eines Geschwindigkeits-Maximalwerts liegt. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt maßgeblich die Fahrwiderstände des Fahrzeugs und die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Wenn sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs innerhalb eines aus der Konstruktion des Fahrzeugs abgeleiteten Bereichs bewegt, ist ein zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorteilhafter Betrieb des Verbrennungsmotors vorteilhaft erleichtert.
  • Wenn ein erfindungsgemäßes Verfahren auf ein Fahrzeug angewendet wird, dessen Antriebsstrang einen Hybridantrieb umfasst, kann das Verfahren vorzugsweise auch so ausgestaltet sein, dass auch Fahrprofile ermittelt werden, in welchen mittels des Hybridsystems eine Lastverschiebung durchgeführt wird. Diese Lastverschiebung kann dann so ausgeführt sein, dass die Last des Verbrennungsmotors oberhalb eines Lastmindestwerts und unterhalb eines Lastmaximalwerts liegt und die Lastgradienten des Verbrennungsmotors unterhalb eines Lastgradienten-Maximalwerts liegen.
  • Wenn in einem Fahrprofil die Last des Verbrennungsmotors durch das Hybridsystem erhöht wird, kann die erzeugte elektrische Energie vorzugsweise zum Betrieb der elektrischen Abgasheizeinrichtung verwendet werden. Die elektrische Energie kann dazu zuerst im Hybridsystem gespeichert werden oder direkt an die elektrische Abgasheizeinrichtung geleitet werden. Insbesondere kann die direkte Leitung der elektrischen Energie an die elektrischen Abgasheizeinrichtung genutzt werden, wenn das elektrische Speichervermögen der Batterie des Hybridsystems nicht ausreichen würde, um eine Lastverschiebung des Verbrennungsmotors zu höheren Lasten über einen zur Regeneration vorteilhaften Zeitraum zu ermöglichen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Fahrzeuges, das mindestens einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsstrang, eine elektrische Abgasheizeinrichtung, ein Fahr-Assistenzsystem und eine Steuerungseinrichtung umfasst, mit minimalem Kraftstoffverbrauch. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • – Ermitteln eines Regenerationsbedarfs der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Dies kann zum Beispiel basierend auf einem oder mehreren Beladungsindikatoren erfolgen.
    • – Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wenn ein Regenerationsbedarfs der Abgasnachbehandlungseinrichtung festgestellt wurde.
    • – Ansteuern des Verbrennungsmotors, Antriebsstrangs, Fahr-Assistenzsystems und der elektrischen Abgasheizeinrichtung, um das ermittelte Fahrprofil mit geringstem Kraftstoffverbrauch zu durchfahren und dabei die Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung unter Verwendung des ermittelten Zuheizbedarfs der elektrischen Abgasheizeinrichtung durchzuführen.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für den Betrieb eines Fahrzeugs einschließlich der Ansteuerung eines Verbrennungsmotors, eines Antriebsstrangs, einer elektrischen Abgasheizeinrichtung und eines Fahr-Assistenzsystems. Die Steuerungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist. Dementsprechend ist die Steuerungseinrichtung mit Eingabe- und Ausgabe-Schnittstellen sowie elektronischen Schaltungen ausgerüstet. Die Steuerungseinrichtung kann auch in andere Steuerungseinrichtungen, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder das Fahr-Assistenzsystem, integriert sein oder dieses umfassen.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches eine Abgas-Nachbehandlungseinrichtung, einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsstrang, eine elektrische Abgasheizeinrichtung und ein Fahr-Assistenzsystem umfasst. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung ausgerüstet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
  • 2 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 3 ein Fließdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 4 ein Fließdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 2. Ein solches Fahrzeug 2 umfasst mindestens einen Verbrennungsmotor 3, einen Antriebsstrang 4, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 1, eine elektrische Abgasheizvorrichtung 7, ein Fahr-Assistenzsystem 8 und eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 10.
  • In dem hier ausgeführten ersten Beispiel ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 als NOx-Speicher-Katalysator ausgeführt. NOx-Speicher-Katalysatoren werden beispielweise in Verbindung mit handelsüblichen mager betriebenen Verbrennungsmotoren 3 in Fahrzeugen verbaut. Sie sind im Abgasstrang stromabwärts des Verbrennungsmotors 3 angeordnet und werden dementsprechend von dem Abgas 5, welches vom Verbrennungsmotor 3 ausgestoßen wird, durchströmt. NOx-Speicher-Katalysatoren können auch in andere Abgasnachbehandlungseinrichtungen 1, zum Beispiel Partikelfilter, integriert sein. Außer in Fahrzeugen finden sich NOx-Speicher-Katalysatoren beispielsweise auch im Abgastrakt von Energieerzeugungsanlagen und anderen Anordnungen, die Verbrennungsprozesse umfassen.
  • Die elektrische Abgasheizvorrichtung 7 ist im Strom des Abgases 5 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 und stromabwärts des Verbrennungsmotors 3 angeordnet. Das Abgas 5 wird natürlich auch durch die elektrische Abgasheizvorrichtung 7 geleitet. Die Abgasheizvorrichtung 7 ist so ausgebildet, dass sie bei entsprechender Ansteuerung elektrische Energie in Wärme umsetzt und diese Wärme auf das Abgas 5 überträgt. Diese übertragene Wärme erhöht dementsprechend die Abgastemperatur TA.
  • Bei dem Verbrennungsmotor 3 kann es sich um einen handelsüblichen Diesel- oder Otto-Motor handeln. Diese können mit verschiedenen Verbrennungs- und Gemischaufbereitungsverfahren ausgebildet sein und mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden. Ein Verbrennungsmotor 3 verbrennt Kraftstoff mit dem in einer angesaugten Luft 11 enthaltenen Sauerstoff. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird teilweise in mechanische Energie 6 umgewandelt. Für die vorliegende Erfindung von besonderer Relevanz sind Verbrennungsmotoren 3, die zumindest zeitweise im Magerbetrieb (mit Luftüberschuss) und/oder direkteinspritzend mit Kraftstoffen aus Kohlenwasserstoffverbindungen betrieben werden. Solche Verbrennungsmotoren 3 stoßen Abgas 5 aus, welches NOx und/oder Partikel enthält. Beispiele dafür sind handelsübliche direkteinspritzende PKW- und LKW-Dieselmotoren.
  • Bei dem Fahrzeug 2 kann es sich um einen PKW oder LKW handeln. Aber auch eine Ausbildung als Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug (Boot oder Schiff) oder als Motorrad wäre denkbar.
  • Ein Antriebsstrang 4 des ersten beispielhaft dargestellten Fahrzeugs 2 umfasst ein Übersetzungsgetriebe und andere Komponenten wie Kupplungen, Gelenkwellen und Differentialgetriebe, um die mechanische Energie 6 von dem Verbrennungsmotor 3 an die Antriebsräder des Fahrzeugs 2 zu übertragen.
  • Das Fahr-Assistenzsystem 8 ist im dargestellten Beispiel als ein autonomes Fahrsystem ausgeführt. Das Fahrzeug 2 wird damit zu einem autonom fahrenden Fahrzeug wenn das Fahr-Assistenzsystem 8 aktiviert ist. Das Fahrzeug 2 kann sich dann definitionsgemäß ohne Eingriffe eines Fahrers in seiner Umgebung bewegen. Ein Fahrer bzw. Passagier des Fahrzeugs 2 gibt ein Ziel der Fahrt vor und muss danach keine weiteren Handlungen vollziehen. Das Fahrzeug 2 legt eine Route vom momentanen Standort zum Zielort fest und fährt diese selbständig ab. Das heißt das Fahrzeug 2 wählt selbständig seine Geschwindigkeit und Fahrtrichtung und reagiert auf Verkehrsereignisse. Dazu bedient sich das Fahr-Assistenzsystem 8 verschiedener Sensoren, Kommunikationsmittel und Steuerungseinrichtungen.
  • Das hier beispielhaft dargestellte Fahr-Assistenzsystem 8 ist ausgerüstet um GPS-Daten zu empfangen, sowie aus einem Mobilfunknetz lokale Straßenkarten oder Daten zur aktuellen Verkehrslage elektronisch abzurufen und zu verarbeiten. Weiterhin ist das Fahr-Assistenzsystem 8 so eingerichtet, dass es die Umgebung des Fahrzeugs 2 basierend auf sichtbarem Licht und Radarstrahlung wahrnehmen kann. Mittels entsprechender elektronischer Datenverarbeitungseinrichtungen und Steuerungseinrichtungen verarbeitet das Fahr-Assistenzsystem 8 die verfügbaren und ermittelten Informationen und stellt sie auch der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung 10 zur Verfügung. Das Fahr-Assistenzsystem 8 ist auch eingerichtet, Informationen von der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung 10 zu empfangen.
  • Die hier beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 10 ist hinsichtlich ihrer Eingänge und Steuerungs-/Regelungsausgänge und einer Steuerelektronik derart ausgebildet, dass die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 möglich ist. Dazu kann die Steuerungseinrichtung 10 unter anderem den Verbrennungsmotor 3, den Antriebsstrang 4 und die Abgasheizeinrichtung 7 ansteuern sowie mit dem Fahr-Assistenzsystem 8 kommunizieren.
  • Die Steuerungseinrichtung 10 kann auch in eine andere Steuerungseinrichtung des Fahrzeugs 2, beispielsweise in das Fahr-Assistenzsystem 8, integriert sein oder diese umfassen.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der Darstellung von 2 wird in einem ersten Schritt S1 eine Anzahl von in einer Verkehrslage des Fahrzeugs 2 mit dem Fahr-Assistenzsystem 8 auf einer gegebenen Wegstrecke durchführbaren Fahrprofilen ermittelt. In einem zweiten Schritt S2 werden die ermittelten Fahrprofile bezüglich ihrer Eignung für wenigstens eine energieeffiziente Regeneration analysiert. In einem dritten Schritt S3 wird jeweils ein elektrischer Zuheizbedarf der elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 für eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 während der ermittelten Fahrprofile ermittelt. Weiterhin wird auf der Basis der durchgeführten Analyse der dadurch entstehende Kraftstoffverbrauch ermittelt. In einem vierten Schritt S4 wird das Fahrprofil ermittelt, welches den geringsten Gesamt-Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung von Regenerations-Vorgängen und elektrischem Zuheizbedarf benötigt.
  • Für alle beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wesentlich, dass die erforderliche Anzahl an und/oder die zeitliche Anordnung der Regenerations-Vorgänge der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 während der Fahrprofile bei Einhaltung eines Abgasemissionsziels des Fahrzeugs 2 und der dadurch entstehenden Kraftstoffverbrauchs auf der Basis der durchgeführten Analyse ermittelt wird.
  • Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ist in 3 dargestellt, in der das Verfahren die Schritte S1 bis S7 umfasst.
  • In einem ersten Verfahrensschritt S1 dabei wird ermittelt, ob ein Regenerationsbedarf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 besteht. Dies kann zum Beispiel basierend auf einem oder mehreren Beladungsindikatoren erfolgen. Beispielsweise kann ein noch freier Anteil einer NOx-Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 durch ein Simulationsmodell bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen werden. Wird dieser Schwellwert überschritten, wird mit einem Verfahrensschritt S2 fortgefahren. Wird kein Regenerationsbedarf festgestellt, beginnt das Verfahren erneut. Es erfolgt also eine dauernde Überprüfung, ob ein Regenerationsbedarf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 vorliegt, bis ein solcher festgestellt wird.
  • Auch können bereits in dem Verfahrensschritt S1 Informationen des Fahr-Assistenzsystems 8 verwendet werden. Beispielsweise kann das vom Fahr-Assistenzsystems 8 vorgesehene Fahrprofil bezüglich seiner Beladung für die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 analysiert werden. Wenn beispielsweise während des vorgesehen Fahrprofils kein Betrieb des Verbrennungsmotors 1 in einem mageren Betriebsmodus vorgesehen ist, ist üblicherweise mit keiner weiteren Beladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 mit NOx während des Durchfahrens des Fahrprofils zu rechnen. Solch ein Betrieb ohne mageren Betriebsmodus wäre zum Beispiel üblich wenn der Verbrennungsmotor 3 als Ottomotor ausgeführt ist und das Fahrprofil nur relativ hochlastigen Betrieb, wie eine schnelle Autobahnfahrt, vorsieht.
  • In dem Verfahrensschritt S2 wird eine Anzahl von in einer Verkehrslage des Fahrzeugs 2 mit dem Fahr-Assistenzsystem auf einer gegebenen Wegstrecke durchführbaren Fahrprofilen ermittelt. Fahrprofile umfassen dabei Wegstrecke und Fahrgeschwindigkeit, woraus sich die jeweils zu überwindenden Fahrwiderstände des Fahrzeugs 2 ergeben. Die ermittelten Fahrprofile umfassen im dargestellten Beispiel auch Einstellungen des Antriebsstrangs 4 und des Verbrennungsmotors 3, also zum Beispiel die gewählte Übersetzung des Antriebsstrangs 4 sowie die resultierende vom Verbrennungsmotor 3 geforderte Last MD und Drehzahl n.
  • In dem beispielhaft dargestellten Verfahren gemäß 3 werden nur Fahrprofile ermittelt, in welchen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 ausschließlich Gradienten unterhalb eines Geschwindigkeitsgradienten-Maximalwerts aufweist. Auch werden in dem beispielhaft dargestellten Verfahren nur Fahrprofile ermittelt, in welchen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 unterhalb eines Geschwindigkeits-Maximalwerts liegt. So werden bereits in Verfahrensschritt S2 nur Fahrprofile erstellt, die potentiell eine gute Eignung für einen effizienten Betrieb des Verbrennungsmotors 3 und eine effiziente Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 aufweisen. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt S3 fort.
  • Im dem Verfahrensschritt S3 werden die in S2 ermittelten Fahrprofile bezüglich ihrer Eignung für wenigstens eine energieeffiziente Regeneration analysiert. Diese Analyse erfolgt im dargestellten Beispiel an Hand der Anzahl und der Zeitdauer von leichten Beschleunigungsvorgängen und Konstantfahrstrecken. Fahrprofile mit möglichst lang anhaltenden leichte Beschleunigungsund Konstantfahrzuständen des Fahrzeugs 2 werden als besonders vorteilhaft zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 eingeordnet. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt S4 fort.
  • In dem beispielhaft dargestellten Verfahren werden in dem Verfahrensschritt S4 die erforderliche Anzahl an Regenerations-Vorgängen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 sowie deren zeitliche Anordnung während der Fahrprofile bei Einhaltung eines Abgasemissionsziels des Fahrzeugs 2 auf der Basis der durchgeführten Analyse ermittelt. Der dadurch entstehende zusätzliche Kraftstoffverbrauch wird dann ebenfalls für jedes Fahrprofil ermittelt. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt S5 fort.
  • In dem Verfahrensschritt S5 wird der elektrische Zuheizbedarf der elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 für eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 während der ermittelten Fahrprofile ermittelt. Auch der dadurch insgesamt während des Durchfahrens der jeweiligen Fahrprofile entstehende Gesamt-Kraftstoffverbrauch wird ermittelt. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt S6 fort.
  • In dem Verfahrensschritt S6 des beispielhaft dargestellten Verfahrens wird aus der Anzahl von ermittelten Fahrprofilen das Fahrprofil ermittelt, welches den geringsten Gesamt-Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung von Regenerations-Vorgängen und elektrischem Zuheizbedarf benötigt. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt S7 fort.
  • In dem Verfahrensschritt S7 steuert die Steuerungseinrichtung 10 den Verbrennungsmotor 3, den Antriebsstrang 4, das Fahr-Assistenzsystem 8 und die elektrische Abgasheizeinrichtung 7 so an, das das in Verfahrensschritt S6 ermittelte Fahrprofil mit geringstem Kraftstoffverbrauch von dem Fahrzeug 2 durchfahren wird. Beim Durchfahren dieses Fahrprofils erfolgt somit die Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 unter Verwendung des ermittelten Zuheizbedarfs der elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 mit vorteilhaft geringem Kraftstoffverbrauch.
  • In einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weicht die Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1, des Antriebsstrangs 4 und der Fahr-Assistenzeinrichtung 8 des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 2 von der oben dargestellten Ausführung ab. In dieser zweiten Ausgestaltung ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 als Partikelfilter (PF) ausgeführt. Der Antriebsstrang 4 umfasst ein Hybridsystem und die Fahr-Assistenzeinrichtung 8 ist als adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC) ausgebildet.
  • Die adaptive Geschwindigkeitsregelung ACC variiert die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 so, dass sich der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug innerhalb eines zulässigen Bereichs einstellt. Die Lenkung des Fahrzeugs 2 ist allerdings von einem Fahrer zu übernehmen. Die ACC ist ausgerüstet um GPS-Daten zu empfangen, sowie aus einem Mobilfunknetz lokale Straßenkarten oder Daten zur aktuellen Verkehrslage elektronisch abzurufen und zu verarbeiten. Weiterhin ist die ACC so eingerichtet, dass es die Umgebung des Fahrzeugs 2 basierend auf Infrarot-Strahlung und Ultraschall wahrnehmen kann. Mittels entsprechender elektronischer Datenverarbeitungseinrichtungen und Steuerungseinrichtungen verarbeitet das als ACC ausgebildete Fahr-Assistenzsystem 8 die verfügbaren und ermittelten Informationen und stellt sie auch der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung 10 zur Verfügung. Das als ACC ausgebildete Fahr-Assistenzsystem 8 ist auch eingerichtet, Informationen von der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung 10 zu empfangen.
  • Das Hybridsystem des Antriebsstrangs 4 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst einen Motor-Generator, Leistungselektronik und eine Batterie. Der Motor-Generator kann mechanische Energie 6 von dem Verbrennungsmotor 3 in elektrische Energie umwandeln. Die elektrische Energie kann dann in der Batterie gespeichert werden. Bei entsprechender Ansteuerung kann die in der Batterie gespeicherte Energie wieder freigesetzt und vom Motorgenerator in mechanische Energie 6 umgewandelt werden, um den Antrieb des Fahrzeugs 2 zu unterstützen.
  • Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der Darstellung von 4 umfasst 9 Verfahrensschritte T1 bis T9. Diese Ausführungsform des Verfahrens ist vor allem mit der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung durchführbar.
  • In einem ersten Verfahrensschritt T1 der zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ermittelt, ob ein Regenerationsbedarf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 besteht. Dies kann zum Beispiel basierend auf einem oder mehreren Beladungsindikatoren erfolgen. Beispielsweise kann über die als PF ausgeführte Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 abfallender Druck bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen werden. Wird dieser Schwellwert überschritten, fährt das Verfahren mit Verfahrensschritt T2 fort. Wird kein Regenerationsbedarf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 festgestellt, endet das Verfahren.
  • Auch können bereits in Verfahrensschritt T1 Informationen des Fahr-Assistenzsystems 8 verwendet werden. Beispielsweise kann das vom Fahr-Assistenzsystems 8 vorgesehene Fahrprofil bezüglich seiner Beladung für die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 analysiert werden. Wenn beispielsweise während des vorgesehen Fahrprofils ein Betrieb des Verbrennungsmotors 1 mit so hohen Abgastemperaturen zu rechnen ist, dass sich der PF kontinuierlich selbst regeneriert, ist mit keiner weiteren Beladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 mit Partikeln während des Durchfahrens des Fahrprofils zu rechnen. Solch ein Betrieb mit hohen Abgastemperaturen wäre zum Beispiel üblich wenn der Verbrennungsmotor 3 als Dieselmotor ausgeführt ist und das Fahrprofil nur relativ hochlastigen Betrieb, wie eine schnelle Autobahnfahrt, vorsieht.
  • In dem Verfahrensschritt T2 wird eine Anzahl von in einer Verkehrslage des Fahrzeugs 2 mit dem Fahr-Assistenzsystem auf einer gegebenen Wegstrecke durchführbaren Fahrprofilen ermittelt. Fahrprofile umfassen dabei Abstände zu anderen Fahrzeugen sowie die Fahrgeschwindigkeit, woraus sich die jeweils zu überwindenden Fahrwiderstände des Fahrzeugs 2 ergeben. Die ermittelten Fahrprofile umfassen im dargestellten Beispiel auch Einstellungen des Antriebsstrangs 4 und des Verbrennungsmotors 3, also zum Beispiel eine Lastanhebung oder eine Lastabsenkung des Hybridsystems des Antriebsstrangs 4 sowie die resultierende vom Verbrennungsmotor 3 geforderte Last MD und Drehzahl n.
  • In dem beispielhaft dargestellten Verfahren werden nur Fahrprofile ermittelt, in welchen die Last des Verbrennungsmotors 3 oberhalb eines Lastmindestwerts und unterhalb eines Lastmaximalwerts liegt und die Lastgradienten des Verbrennungsmotors unterhalb eines Lastgradienten-Maximalwerts liegen. Dies wird auch durch Lastverschiebung unter Verwendung des Hybridsystems des Antriebsstrangs 4 erreicht. So werden bereits in Verfahrensschritt T2 nur Fahrprofile erstellt, die potentiell eine gute Eignung für einen effizienten Betrieb des Verbrennungsmotors 3 und eine effiziente Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 aufweisen.
  • Wenn in einem oder mehreren der erstellten Fahrprofile die Last des Verbrennungsmotors 3 durch das Hybridsystem erhöht wird, kann die erzeugte elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 verwendet werden. Die elektrische Energie kann dazu zuerst im Hybridsystem des Antriebsstrangs 4 gespeichert werden oder direkt an die elektrische Abgasheizeinrichtung 7 geleitet werden. Insbesondere kann die direkte Leitung der elektrischen Energie an die elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 genutzt werden, wenn das elektrische Speichervermögen der Batterie des Hybridsystems nicht ausreichen würde, um eine Lastverschiebung des Verbrennungsmotors 3 zu höheren Lasten über einen zur Regeneration vorteilhaften Zeitraum zu ermöglichen.
  • In einem Verfahrensschritt T3 wird geprüft, ob in Verfahrensschritt T2 mindestens ein Fahrprofil ermittelt wurde, welches die Bedingungen für die Last des Verbrennungsmotors 3 erfüllt. Wenn kein ein solches Fahrprofil ermittelt wurde, beginnt das Verfahren erneut mit Verfahrensschritt T1. Wenn mindestens ein solches Fahrprofil ermittelt wurde, fährt das Verfahren mit einem Verfahrensschritt T4 fort.
  • In dem Verfahrensschritt T4 wird geprüft, ob in Verfahrensschritt T2 mindestens zwei Fahrprofile ermittelt wurden, welche die Bedingungen für die Last des Verbrennungsmotors 3 erfüllen. Wenn mindestens zwei solche Fahrprofile ermittelt wurden, fährt das Verfahren mit einem Verfahrensschritt T5 fort. Wenn nicht mindestens zwei Fahrprofile ermittelt wurden, welche die Bedingungen für die Last des Verbrennungsmotors 3 erfüllen, fährt das Verfahren mit dem einen ermittelten Fahrprofil mit einem Verfahrensschritt T9 fort.
  • Im den Verfahrensschritt T5 werden die in T2 ermittelten Fahrprofile bezüglich ihrer Eignung für wenigstens eine energieeffiziente Regeneration analysiert. Diese Analyse erfolgt im dargestellten Beispiel an Hand der Anzahl und der Zeitdauer von leichten Beschleunigungsvorgängen und Konstantfahrstrecken. Fahrprofile mit möglichst lang anhaltenden leichte Beschleunigungsund Konstantfahrzuständen des Fahrzeugs 2 werden als besonders vorteilhaft zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 eingeordnet. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt T6 fort.
  • In dem zweiten beispielhaft dargestellten Verfahren werden in dem Verfahrensschritt T6 die erforderliche Anzahl an Regenerations-Vorgängen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 sowie deren zeitliche Anordnung während der Fahrprofile bei Einhaltung eines Abgasemissionsziels des Fahrzeugs 2 auf der Basis der durchgeführten Analyse ermittelt. Der dadurch entstehende zusätzliche Kraftstoffverbrauch wird dann ebenfalls für jedes Fahrprofil ermittelt. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt T7 fort.
  • In dem Verfahrensschritt T7 wird der elektrische Zuheizbedarf der elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 für eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 während der ermittelten Fahrprofile ermittelt. Auch der dadurch insgesamt während des Durchfahrens der jeweiligen Fahrprofile entstehende Gesamt-Kraftstoffverbrauch wird ermittelt. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt T8 fort.
  • In dem Verfahrensschritt T8 des beispielhaft dargestellten Verfahrens wird aus der Anzahl von ermittelten Fahrprofile das Fahrprofil ermittelt, welches den geringsten Gesamt-Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung von Regenerations-Vorgängen und elektrischem Zuheizbedarf benötigt. Das Verfahren fährt dann mit einem Verfahrensschritt T9 fort.
  • In dem Verfahrensschritt T9 steuert die Steuerungseinrichtung 10 den Verbrennungsmotor 3, den Antriebsstrang 4, das Fahr-Assistenzsystem 8 und die elektrische Abgasheizeinrichtung 7 so an, dass das ermittelte Fahrprofil mit geringstem Kraftstoffverbrauch von dem Fahrzeug 2 durchfahren wird. Beim Durchfahren dieses Fahrprofils erfolgt somit die Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 unter Verwendung des ermittelten Zuheizbedarfs der elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 mit vorteilhaft geringem Kraftstoffverbrauch.
  • Beide beispielhaft dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen den Betrieb eines Fahrzeugs 2 mit einem vorteilhaft geringen Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitiger Einhaltung eines Emissionsziels.
  • Auch Teil der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung 10. Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 10 ist ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Dazu verfügt sie über die entsprechenden Schnittstellen zur Ansteuerung bzw. Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor 3, dem Antriebsstrang 4, der elektrischen Abgasheizeinrichtung 7 und dem Fahr-Assistenzsystem 8. Üblicherweise umfasst die Steuerungseinrichtung 10 Mikroelektronik und Software, welche die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen. Die Steuerungseinrichtung kann auch in andere Steuerungseinrichtungen, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder das Fahr-Assistenzsystem 8, integriert sein oder dieses umfassen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist das Fahrzeug 2, umfassend die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1, den Verbrennungsmotor 3, den Antriebsstrang 4, die elektrische Abgasheizeinrichtung 7, das Fahr-Assistenzsystem 8 und das Steuerungseinrichtung 10. Die Steuerungseinrichtung 10 ist so ausgebildet, dass sie ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen kann. Dadurch kann das erfindungsgemäße Fahrzeug 2 mit vorteilhaft geringem Kraftstoffverbrauch unter Einhaltung eines Emissionsziels betrieben werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    2
    Fahrzeug
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    Antriebsstrang
    5
    Abgas
    6
    Energie
    7
    elektrische Abgasheizeinrichtung
    8
    Fahr-Assistenzsystem
    10
    Steuerungseinrichtung
    11
    angesaugte Luft
  • Abkürzungen
    • λ Luft-Kraftstoff-Verhältnis
    • Figure DE102016224430A1_0004
      Abgasvolumenstrom
    • MD Last
    • n Drehzahl
    • PF Partikelfilter
    • T Temperatur des NOx-Speicher-Katalysators
    • TA Abgastemperatur
    • TPF Schwelltemperatur zur Regeneration des PF
    • n Drehzahl
  • 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 102015216137 [0017]
    • US 2013/0213010 A1 [0018]
    • DE 102014203408 A1 [0019]
    • DE 102007027182 A1 [0019]
    • DE 102011014164 A1 [0020]
    • DE 102009008393 A1 [0020]

Claims (16)

  1. Verfahren zum Ermitteln eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eines Fahrzeuges (2), zumindest umfassend einen Verbrennungsmotor (3), einen Antriebsstrang (4), eine elektrische Abgasheizeinrichtung (7), ein Fahr-Assistenzsystem (8) und eine Steuerungseinrichtung (10), aufweisend folgende Schritte: – Ermitteln einer Anzahl von in einer Verkehrslage des Fahrzeugs (2) mit dem Fahr-Assistenzsystem (8) auf einer gegebenen Wegstrecke durchführbaren Fahrprofilen; – Analyse der ermittelten Fahrprofile bezüglich ihrer Eignung für wenigstens eine energieeffiziente Regeneration – Ermitteln eines jeweiligen elektrischen Zuheizbedarfs der elektrischen Abgasheizeinrichtung (7) für eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) während der ermittelten Fahrprofile und Ermitteln des dadurch entstehenden Kraftstoffverbrauchs auf der Basis der durchgeführten Analyse; – Ermitteln des Fahrprofils, welches den geringsten Gesamt-Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung von Regenerations-Vorgängen und elektrischem Zuheizbedarf benötigt, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Anzahl an Regenerations-Vorgängen der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) und/oder deren zeitliche Anordnung während der Fahrprofile bei Einhaltung eines Abgasemissionsziels des Fahrzeugs (2) und der dadurch entstehenden Kraftstoffverbrauchs auf der Basis der durchgeführten Analyse ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches zum Ermitteln der Fahrprofile Informationen zur Verkehrslage aus – einem Navigationssystem des Fahrzeugs (2) und/oder – dem Fahr-Assistenzsystem (8) und/oder – Daten von Verkehrszeichenanlagen und / oder aus – Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Datenverbindungen und/oder – Radiosignalen und/oder – Mobilfunknetzen verwendet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) des Fahrzeugs (2) einen Partikelfilter umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) des Fahrzeugs (2) einen NOx-Speicherkatalysator umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die ermittelten Fahrprofile bezüglich ihrer Eignung für mindestens eine energieeffiziente Regeneration an Hand der Anzahl und der Zeitdauer von leichten Beschleunigungsvorgängen und Konstantfahrstrecken analysiert werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die ermittelten Fahrprofile Einstellungen des Antriebsstrangs (4) und des Verbrennungsmotors (3) umfassen.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Fahr-Assistenzsystem (8) des Fahrzeugs (2) eine adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Fahr-Assistenzsystem (8) des Fahrzeugs (2) eine autonome Fahreinrichtung umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem nur Fahrprofile ermittelt werden, in welchen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (2) ausschließlich Gradienten unterhalb eines Geschwindigkeitsgradienten-Maximalwerts aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem nur Fahrprofile ermittelt werden, in welchen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (2) ausschließlich oberhalb eines Geschwindigkeits-Minimalwerts und/oder unterhalb eines Geschwindigkeits-Maximalwerts liegt.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Antriebsstrang (4) des Fahrzeugs (2) ein Hybridsystem umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem auch Fahrprofile ermittelt werden, in welchen mittels des Hybridsystems eine Lastverschiebung durchgeführt wird, so dass die Last des Verbrennungsmotors (3) oberhalb eines Lastmindestwerts und unterhalb eines Lastmaximalwerts liegt und die Lastgradienten des Verbrennungsmotors (3) unterhalb eines Lastgradienten-Maximalwerts liegen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die erzeugte elektrische Energie vollständig oder teilweise zum Betrieb der elektrischen Abgasheizeinrichtung (7) verwendet wird, wenn ein Fahrprofil ermittelt wurde, in dem das Hybridsystem des Antriebsstrangs (4) die Last des Verbrennungsmotors (3) erhöht.
  14. Verfahren zur Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eines Fahrzeuges (2), das mindestens einen Verbrennungsmotor (3), einen Antriebsstrang (4), eine elektrische Abgasheizeinrichtung (7), ein Fahr-Assistenzsystem (8) und eine Steuerungseinrichtung (10) umfasst, mit minimalem Kraftstoffverbrauch, aufweisend folgende Schritte: – Ermitteln eines Regenerationsbedarfs der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1); – Durchführen eines Verfahrens zur Ermittlung eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn ein Regenerationsbedarfs der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) festgestellt wurde; – Ansteuern des Verbrennungsmotors (3), Antriebsstrangs (4), Fahr-Assistenzsystems (8) und der elektrischen Abgasheizeinrichtung (7), um das ermittelte Fahrprofil mit geringstem Kraftstoffverbrauch zu durchfahren und dabei die Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung unter Verwendung des ermittelten Zuheizbedarfs der elektrischen Abgasheizeinrichtung (7) durchzuführen.
  15. Steuerungseinrichtung (10) für den Betrieb eines Fahrzeugs (2) einschließlich der Ansteuerung eines Verbrennungsmotors (3), eines Antriebsstrangs (4), einer elektrischen Abgasheizeinrichtung (7), eines Fahr-Assistenzsystems (8) und einer Abgas-Nachbehandlungseinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
  16. Fahrzeug (2), umfassend eine Abgas-Nachbehandlungseinrichtung (1), einen Verbrennungsmotor (3), einen Antriebsstrangs (4), eine elektrische Abgasheizeinrichtung (7), ein Fahr-Assistenzsystems (8), dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Steuerungseinrichtung (10) nach Anspruch 12 ausgestaltet ist.
DE102016224430.2A 2015-12-29 2016-12-08 Verfahren zur Ermittlung eines Fahrprofils für eine Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels elektrischer Heizung für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor sowie Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage und Fahrzeug Active DE102016224430B4 (de)

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