DE102017211676A1 - Method for optimizing an exhaust aftertreatment system for a hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Optimierung eines Abgasnachbehandlungssystems für ein Hybridfahrzeug, wobei das Abgasnachbehandlungssystem zumindest einen Partikelfilter aufweist, wobei bei Erfassung, dass eine Regeneration des Partikelfilters notwendig ist oder demnächst sein wird, der Ladezustand des Energiespeichers erfasst wird, und wenn der Ladezustand des Energiespeichers für die Dauer einer zumindest teilweisen Regeneration des Partikelfilters bei rein elektrischer Fahrt zur Erfüllung des Fahrwunsches und der Erhaltung des Drehmoments des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb ausreicht, wird in einem ersten Schritt zumindest der Partikelfilter aufgeheizt, und in einem zweiten Schritt wird die Regeneration durchgeführt. A method is provided for optimizing an exhaust aftertreatment system for a hybrid vehicle, wherein the exhaust aftertreatment system comprises at least one particulate filter, upon detection that regeneration of the particulate filter is necessary or will be soon, the state of charge of the energy storage is detected, and if the state of charge of the energy storage for the duration of an at least partial regeneration of the particulate filter in purely electric driving sufficient to fulfill the driving desire and maintaining the torque of the engine in overrun, at least the particulate filter is heated in a first step, and in a second step, the regeneration is performed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Abgasnachbehandlungssystems für ein Hybridfahrzeug.The invention relates to a method for optimizing an exhaust aftertreatment system for a hybrid vehicle.
In vielen Fahrzeugen, momentan vor allem in mit Diesel betriebenen Fahrzeugen, sind Partikelfilter eingebaut, um Emissionen zu senken. Diese Partikelfilter müssen immer wieder regeneriert werden, d.h. die in dem Partikelfilter angesammelten Partikel müssen aus dem Filter entfernt werden, da der Abgasgegendruck steigt, wenn der Partikelfilter mit Ruß beladen ist, und somit mehr Emissionen ausgestoßen werden.In many vehicles, currently mainly diesel powered vehicles, particulate filters are incorporated to reduce emissions. These particulate filters must always be regenerated, i. the particulate matter collected in the particulate filter must be removed from the filter because the exhaust back pressure increases when the particulate filter is laden with soot and thus more emissions are emitted.
Ab einem gewissen Maß an Beladung muss der Filter also regeneriert werden, was oft auch als Freibrennen bezeichnet wird. Hierzu muss der Filter möglichst heiß sein und es muss Sauerstoff zugeführt werden, um so eine Reaktion hervorzurufen, bei der die Partikel unter sehr heißen Temperaturen verbrannt werden. Der in der Umgebungsluft vorhandene Sauerstoff reicht hierzu in der Regel aus. Das heißt also, dass vor dem Regenerieren zuerst eine Aufheizphase des Abgasstrangs erfolgen muss. Danach wird Sauerstoff, der für die Umsetzung des Rußes benötigt wird, durch den Kolbenmotor aus der Umgebungsluft angesaugt oder über eine Sekundärluftpumpe separat zugeführt. Zur Aufheizung des Abgasstrangs greift in der Regel das Motormanagement z. B. mittels Mehrfacheinspritzung, Zündwinkelspätziehung und/oder Auslassspreizung ein. From a certain level of loading, the filter must therefore be regenerated, which is often referred to as freewheeling. For this purpose, the filter must be as hot as possible and oxygen must be supplied, so as to cause a reaction in which the particles are burned under very hot temperatures. The oxygen present in the ambient air usually suffices for this purpose. This means that before the regeneration first a heating phase of the exhaust system must be done. Thereafter, oxygen, which is needed for the implementation of the soot, sucked by the piston engine from the ambient air or fed separately via a secondary air pump. To heat the exhaust line engages the engine management z. B. by means of multiple injection, Zündwinkelspätziehung and / or Auslassspreizung.
Um den zum Freibrennen benötigten Sauerstoff bzw. die Umgebungsluft ohne eine Sekundärluftpumpe in den Abgasstrang zu pumpen, ist der Partikelfilter auf zufällige durch den Fahrer initiierte Schubphasen angewiesen, bei denen die Einspritzung abgeschaltet wird und Frischluft durch den Kolbenmotor gepumpt wird. Diese Phasen sind nicht planbar und aufgrund der hohen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators oft zu kurz, um eine effektive Umsetzung im Partikelfilter zu gewährleisten.To pump the oxygen or ambient air needed to burn it into the exhaust line without a secondary air pump, the particulate filter relies on random coasting initiated by the driver, in which the injection is shut off and fresh air is pumped through the piston engine. These phases can not be planned and, because of the high oxygen storage capacity of the catalyst, are often too short to ensure effective reaction in the particle filter.
Auch für Hybridfahrzeuge werden Partikelfilter demnächst verpflichtend. Hybridfahrzeuge, z.B. Plugin-Hybride, werden dann mit einem Partikelfilter und einer Traktions-E-Maschine ausgestattet sein, die stark genug ist, um zumindest teilweise den Fahrerwunsch zu stellen. Das Hybridfahrzeug wird dann ebenso wie die bisher bekannten Fahrzeuge den Beladungsgrad des Partikelfilters sowie die Notwendigkeit einer Entladung, d.h. Regeneration, erkennen.Particle filters will soon become mandatory for hybrid vehicles as well. Hybrid vehicles, e.g. Plug-in hybrids will then be equipped with a particulate filter and a traction e-machine that is strong enough to at least partially drive the driver. The hybrid vehicle will then, like the previously known vehicles, the degree of loading of the particulate filter and the need for a discharge, i. Regeneration, recognize.
Aus der
Alle bisher bekannten Strategien zur Regeneration von Partikelfiltern haben Vorteile, sind aber durchaus noch verbesserungswürdig. Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Optimierung des Abgasnachbehandlungssystems bei Hybridfahrzeugen bereitstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.All previously known strategies for the regeneration of particulate filters have advantages, but are still in need of improvement. Therefore, it is an object of this invention to provide a method that provides optimization of the exhaust aftertreatment system in hybrid vehicles. This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Optimierung eines Abgasnachbehandlungssystems für ein Hybridfahrzeug, wobei das Abgasnachbehandlungssystem zumindest einen Partikelfilter aufweist, wobei bei Erfassung, dass eine Regeneration des Partikelfilters notwendig ist oder demnächst sein wird, der Ladezustand des Energiespeichers erfasst wird, und wenn der Ladezustand des Energiespeichers für die Dauer einer zumindest teilweisen Regeneration des Partikelfilters bei rein elektrischer Fahrt zur Erfüllung des Fahrwunsches und der Erhaltung des Drehmoments des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb ausreicht, wird in einem ersten Schritt zumindest der Partikelfilter aufgeheizt, und in einem zweiten Schritt wird die Regeneration durchgeführt.A method is proposed for optimizing an exhaust gas aftertreatment system for a hybrid vehicle, wherein the exhaust aftertreatment system has at least one particle filter, upon detection that regeneration of the particulate filter is necessary or will be soon, the state of charge of the energy storage is detected, and if the state of charge of the energy storage for the duration of an at least partial regeneration of the particulate filter in purely electric driving sufficient to fulfill the driving desire and maintaining the torque of the engine in overrun, at least the particulate filter is heated in a first step, and in a second step, the regeneration is performed.
Wenn also erfasst wird, dass der Ladezustand des Energiespeichers ausreicht, damit im rein elektrischen Fahrbetrieb der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb arbeiten kann, also als Primärluftpumpe wirkt, und der Fahrerwunsch eingehalten werden kann, muss kein Eingriff in die energetische Betriebsstrategie erfolgen. Vielmehr kann sofort mit der Aufheizphase begonnen werden, so dass dann zu dem Schritt übergegangen werden kann, in dem die Regeneration gestartet wird.Thus, if it is detected that the state of charge of the energy storage is sufficient so that the internal combustion engine can operate in overrun operation in purely electric driving, ie acts as a primary air pump, and the driver's request can be met, no intervention in the energy operating strategy must take place. Rather, the heating phase can be started immediately, so that it is then possible to proceed to the step in which the regeneration is started.
In einer Ausführung erfolgt bei Erfassung, dass der Ladezustand des Energiespeichers für die Dauer einer zumindest teilweisen Regeneration des Partikelfilters bei rein elektrischer Fahrt zur Erfüllung des Fahrwunsches und der Erhaltung des Drehmoments des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb nicht ausreicht, in einem ersten Schritt ein Eingriff in die energetische Betriebsstrategie des Fahrzeugs. Hierbei wird in dem ersten Schritt der Energiespeicher zum Betrieb des Elektromotors um einen Betrag derart aufgeladen, dass der Ladezustand des Energiespeichers für die Dauer einer zumindest teilweisen Regeneration des Partikelfilters bei rein elektrischer Fahrt zur Erfüllung des Fahrwunsches und der Erhaltung des Drehmoments des Verbrennungsmotors im Schubbetrieb ausreicht, und es wird zumindest der Partikelfilter aufgeheizt, wobei im nachfolgenden zweiten Schritt die Regeneration durchgeführt wird.In one embodiment, upon detection, the state of charge of the energy store for the duration of an at least partial regeneration of the particulate filter with purely electrical Ride to meet the driving desire and the preservation of the torque of the internal combustion engine in overrun is insufficient, in a first step, an intervention in the energy management strategy of the vehicle. Here, in the first step, the energy storage for the operation of the electric motor charged by an amount such that the state of charge of the energy storage for a period of at least partial regeneration of the particulate filter in purely electric driving to meet the driving desire and the preservation of the torque of the engine is sufficient in overrun , And at least the particulate filter is heated, wherein in the subsequent second step, the regeneration is performed.
Wenn also erfasst wird, dass der Ladezustand des Energiespeichers nicht ausreicht, damit im rein elektrischen Fahrbetrieb der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb arbeiten kann, also als Primärluftpumpe wirkt, und der Fahrerwunsch eingehalten werden kann, muss ein Eingriff in die energetische Betriebsstrategie erfolgen, so dass ein entsprechender Ladezustand erreicht wird. Die Aufheizphase kann dann auch vorteilhaft parallel zum Aufladen erfolgen.Thus, if it is detected that the state of charge of the energy storage is not sufficient so that the internal combustion engine can operate in overrun operation in purely electrical driving, thus acting as a primary air pump, and the driver's request can be met, an intervention in the energy management strategy must be done so that a corresponding Charge state is reached. The heating phase can then also take place advantageously parallel to the charging.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann sowohl Material eingespart werden als auch eine schnellere und effizientere Regeneration des Partikelfilters erfolgen. Außerdem kann der Filter auch dann regeneriert werden kann, wenn der Fahrer ein sehr ungünstiges Fahrprofil hat - d. h. keine oder kaum Schubphasen. Somit kann verhindert werden, dass bei einem Fahrer mit ungünstigem Fahrprofil ein Werkstattaufenthalt erforderlich wird, um den Partikelfilter zu reinigen oder zu tauschen. Weiterhin werden andere Maßnahmen zur Herbeiführung von Schubphasen seltener aktiv, z. B. ein generelles Verhindern des Abschaltens des Verbrennungsmotors bis zum Stillstand, so dass der Verbrauchsvorteil des Hybridfahrzeugs häufiger zum Tragen kommt. Dies erhöht auch die Kundenzufriedenheit.By the proposed method both material can be saved as well as a faster and more efficient regeneration of the particulate filter. In addition, the filter can be regenerated even if the driver has a very unfavorable driving profile - d. H. no or hardly any decay phases. Thus, it can be prevented that in a driver with unfavorable driving profile a workshop visit is required to clean or replace the particulate filter. Furthermore, other measures to induce coasting phases are less active, eg. B. a general prevention of switching off the engine to standstill, so that the consumption advantage of the hybrid vehicle comes to fruition more often. This also increases customer satisfaction.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass im ersten Schritt das Aufladen des Energiespeichers durch Anheben des Lastpunkts des Verbrennungsmotors bis zu dem vorgegebenen Ladezustand erfolgt. Durch Anheben des Lastpunktes des Verbrennungsmotors erfolgen ein Aufladen des Energiespeichers und ein schnelleres Aufheizen des Abgasstrangs.Furthermore, it is provided that in the first step, the charging of the energy storage by raising the load point of the internal combustion engine takes place up to the predetermined state of charge. By raising the load point of the internal combustion engine, charging of the energy store and faster heating of the exhaust gas line take place.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass im ersten Schritt der Lastpunkt des Verbrennungsmotors angehoben wird, bis eine vorgegebene Partikelfiltertemperatur, welche für einen Start einer teilweisen oder vollständigen Regeneration benötigt wird, erfolgt. Je nachdem, ob eine vollständige oder teilweise Regeneration angestrebt wird und wie schnell eine Regeneration erfolgen soll, kann der Lastpunkt auf einen vorgegebenen Wert angehoben werden, der die Bedingungen erfüllt.Furthermore, it is provided that in the first step, the load point of the internal combustion engine is raised until a predetermined particle filter temperature, which is required for a start of a partial or complete regeneration, takes place. Depending on whether a complete or partial regeneration is sought and how fast regeneration is to take place, the load point can be raised to a predetermined value which fulfills the conditions.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der im zweiten Schritt abgeschaltete Verbrennungsmotor als Primärluftpumpe zur Zuführung von Umgebungsluft zur zumindest teilweisen Regeneration des Partikelfilters dient. Somit keine zusätzliche Pumpe zur Zuführung von Umgebungsluft benötigt.Furthermore, it is provided that the combustion engine switched off in the second step serves as a primary air pump for supplying ambient air for the at least partial regeneration of the particulate filter. Thus, no additional pump for supplying ambient air needed.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Energiespeicher bis zu einem Ladezustand geladen wird, der eine vollständige Regeneration des Partikelfilters innerhalb eines Freibrennvorgangs ermöglicht. Somit kann in einem einzigen Vorgang ein schnelles und effizientes Freibrennen des Partikelfilters erfolgen.Furthermore, it is provided that the energy storage is charged to a state of charge, which allows a complete regeneration of the particulate filter within a burn-off process. Thus, in a single operation, a fast and efficient burnout of the particulate filter can take place.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Energiespeicher bis zu einem mindestens vorgegebenen Ladezustand geladen wird, der eine Regeneration des Partikelfilters von mindestens einem vorgegebenen Prozentsatz innerhalb eines Freibrennvorgangs ermöglicht. Beispielsweise kann vorgegeben sein, dass 30% oder mehr Regeneration innerhalb eines Freibrennvorgangs möglich sein sollen. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Freibrennen in einem Ladezustand erfolgt, der ein schnelles und effizientes Freibrennen des Partikelfilters behindert.Furthermore, it is provided that the energy store is charged up to an at least predetermined state of charge, which enables a regeneration of the particulate filter of at least a predetermined percentage within a burn-off process. For example, it may be predetermined that 30% or more regeneration should be possible within a burnout process. This can be prevented that a burn-out takes place in a state of charge, which hinders a fast and efficient burnout of the particulate filter.
Des Weiteren ist ein Steuergerät vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, Daten zu empfangen, welche eine Ermittlung des Beladungszustands eines Partikelfilters in einem Hybridfahrzeug ermöglichen, diese Daten zu verarbeiten und im Falle, dass eine Regeneration des im Hybridfahrzeugs vorhandenen Partikelfilters nötig ist, Signale auszugeben, durch welche eine Regeneration des Partikelfilters gemäß dem beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Furthermore, a control device is provided, which is configured to receive data which enable determination of the load state of a particulate filter in a hybrid vehicle, to process this data and to output signals in the event that regeneration of the particulate filter present in the hybrid vehicle is necessary. by which a regeneration of the particulate filter according to the described method is performed.
Des Weiteren ist ein Abgasnachbehandlungssystem eines Hybridfahrzeugs vorgesehen, aufweisend einen Partikelfilter, wobei die Regeneration des Partikelfilters mittels eines beschriebenen Steuergeräts geregelt wird.Furthermore, an exhaust gas aftertreatment system of a hybrid vehicle is provided, comprising a particle filter, wherein the regeneration of the particle filter is regulated by means of a described control device.
Des Weiteren ist ein Hybridfahrzeug mit einem beschriebenen Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen.Furthermore, a hybrid vehicle with a described exhaust aftertreatment system is provided.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, the inventive details shows, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
-
1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt eine schematische Darstellung wichtiger Komponenten zur Durchführung des Verfahrens in einem Hybridfahrzeug gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
1 FIG. 3 shows a flowchart of the method according to an embodiment of the present invention. -
2 shows a schematic representation of important components for performing the method in a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
Wie in
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung eines Abgasnachbehandlungssystems für ein Hybridfahrzeug
Zum Laden des Energiespeichers
Wenn allerdings erfasst wurde, dass der Ladezustand SOC des Energiespeichers
Nach der Aufladung oder wenn erfasst wurde, dass sofort mit der Regeneration begonnen werden kann wird der Verbrennungsmotor
Die Ladestrategie bzw. die Vorgabe an den Ladezustand SOC hat als Ziel, dass beide Bedingungen, also Erfüllen des Fahrwunsches
Für das Umschalten vom normalen Fahrbetrieb in diesen Zustand der Vorbereitung und Durchführung der Regeneration sind Einstiegsbedingungen wie unter anderem ein Mindestladezustand der Hochvoltbatterie und ein leistungsfähiges elektrisches System, d.h. Elektromotor und Energiespeicher, bei dem keine bzw. kaum Degradation vorhanden ist, nötig. Es sind auch mehrere Aufheiz- bzw. Regenerations-Zyklen möglich, falls die Einstiegsbedingungen nicht erfüllt sind oder, wie oben erwähnt, ein unvorhergesehener Fahrwunsch oder ein anderes unvorhergesehenes Ereignis die geplante Dauer der Regeneration verhindert.For switching from normal driving to this state of preparation and execution of regeneration, entry conditions are, among others, a minimum state of charge of the high-voltage battery and a powerful electrical system, i. Electric motor and energy storage, in which no or little degradation is present, necessary. There are also several heating or regeneration cycles possible if the entry conditions are not met or, as mentioned above, an unforeseen driving request or other unforeseen event prevents the planned duration of regeneration.
Wichtig bei der Aufladephase im ersten Schritt
Im zweiten Schritt
Dieser Effekt wird durch gezielte Senkung der Effizienz des Verbrennungsmotors
Grundsätzlich sind zur Durchführung des Verfahrens mehrere Komponenten im Hybridfahrzeug
Ferner weist das Hybridfahrzeug
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008035451 A1 [0006]DE 102008035451 A1 [0006]
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- 2017-07-07 DE DE102017211676.5A patent/DE102017211676A1/en active Pending
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