DE102017212811A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters (6) eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Fahrzeug eine Brennkraftmaschine (1), eine elektrische Maschine (2) und eine Batterie (12) aufweist. Die elektrische Maschine (2) ist als Antrieb des Fahrzeugs zusammen mit der Brennkraftmaschine (1) oder als Antrieb allein oder als Generator betreibbar. Weiterhin sind Mittel vorgesehen die bei laufender Regeneration prüfen ob durch den Betrieb der elektrischen Maschine (2) als Antrieb die Emissionen von NOx der Brennkraftmaschine (1) verringert werden können ohne dass dadurch die Regeneration maßgeblich verschlechtert wird. Wenn die Prüfung positiv ausfällt wird die elektrische Maschine (2) als Antrieb betrieben um die NOx Emissionen zu verringern.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters eines Fahrzeugs nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
  • Aus der EP 2 157 407 B1 ist bereits ein Fahrzeug bekannt, welches eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter und ein Navigationsgerät aufweist. Die Daten des Navigationsgeräts werden dazu genutzt aufgrund einer Fahrtroute des Fahrzeugs eine Fahrzeuglast zu berechnen. Dabei werden Routen bevorzugt, bei denen die Fahrzeuglast für eine Regeneration des Partikelfilters vorteilhaft sind.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters eines Fahrzeugs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Regeneration des Partikelfilters in dem Fahrzeug optimiert wird. Zur Unterstützung dieser Regeneration des Partikelfilters und zur Reduktion der NOx Emissionen in der Regeneration erfolgt eine Verwendung der elektrischen Maschine als Antrieb um einen vorteilhaften Lastzustand der Brennkraftmaschine für die Regeneration und die NOx Emissionen herzustellen. Es können so die NOx Emissionen reduziert werden.
  • Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Maßnahmen der abhängigen Patentansprüche. Vor einem Betrieb der elektrischen Maschine zur Entlastung der Brennkraftmaschine wird eine ausreichende Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine und der Batterie überprüft. Nur wenn die elektrische Maschine und die Batterie in der Lage sind die gewünschte Entlastung zu gewährleisten wird entsprechend auch eine Entlastung der Brennkraftmaschine durchgeführt. Ein ausreichender Ladezustand der Batterie kann dabei auch vorausschauend hergestellt werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1, einer elektrischen Maschine 2 und mit einem Partikelfilter 6,
    • 2 die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der 1 wird ein Antrieb für ein Hybridfahrzeug bestehend aus einem Elektromotor 2 und einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Beide Motoren sind in der Lage, eine Antriebswelle 4 des Fahrzeugs anzutreiben und so eine Bewegung des Fahrzeugs zu verursachen. Eine Steuerung, ob der Antrieb der Antriebswelle für jedes Fahrzeug durch den Elektromotor 2 oder durch die Brennkraftmaschine 1 erfolgt, wird durch ein Steuergerät 10 koordiniert, welches durch Steuerimpulse eine entsprechende Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Elektromotors 2 auf die Antriebswelle 4 des Fahrzeugs bewirkt. Dazu steuert das Steuergerät 10 über entsprechende Ansteuerleitungen die Brennkraftmaschine 1 bzw. den Elektromotor 2 an. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Vielzahl von Zylindern 3 auf. Die Verbrennungsabgase der Verbrennungen in den Zylindern 3 werden über ein Abgasrohr 5 durch einen Partikelfilter 6 und schließlich auch nach dem Partikelfilter durch das Abgasrohr 7 an die Umgebung abgegeben. Weitere Mittel zur Abgasnachbehandlung, wie beispielsweise weitere Katalysatoren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 nicht dargestellt.
  • Durch die Verbrennung in den Zylindern 3 enthält das Abgas feine Partikel, die üblicherweise als Ruß bezeichnet werden. Dabei handelt es sich jedoch nicht nur ausschließlich um Kohlenstoff, sondern auch um andere Stoffe, die in den Kraftstoffen enthalten sind, wie beispielsweise Schwefel. Durch die Durchleitung durch den Partikelfilter 6 werden diese Partikel aus dem Abgas herausgefiltert, so dass in dem in der Umwelt mündenden Abgasrohr 7 nur noch wenige oder gar keine Partikel enthalten sind. Aufgrund dieses kontinuierlichen Filterprozesses speichert der Partikelfilter 6 die Partikel. Von Zeit zu Zeit, beispielsweise alle 500 bis 1000 Km Fahrstrecke des Fahrzeugs ist es erforderlich, die so in dem Partikelfilter 6 gespeicherten Partikel durch einen Oxidationsprozess vollständig zu verbrennen, um so die Beladung des Partikelfilters 6 mit Partikeln wieder zu reduzieren. Dazu wird eine Regenerationsphase vorgesehen. In dieser Regenerationsphase wird die Temperatur in dem Partikelfilter 6 auf einem ausreichenden Wert gehalten, da die Verbrennung der in dem Partikelfilter 6 gespeicherten Partikel eine Initialtemperatur beispielsweise von 580 Grad erfordert. Durch einen Restanteil von Sauerstoff im Abgas, welches dem Partikelfilters 6 über die Abgaszuführung 5 zugeführt wird, wird dann ein Verbrennen der Partikel verursacht, wenn die Temperatur in dem Partikelfilter 6 ausreichend hoch ist.
  • Weiterhin weist das Fahrzeug noch eine Batterie 12 und ein Navigationsgerät 11 auf. Die Batterie 12 ist mit der elektrischen Maschine 2 verbunden und liefert entweder elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Maschine 2 als Antrieb oder aber erhält von der elektrischen Maschine 2 elektrische Energie, die dann in der Batterie gespeichert wird, wenn die elektrische Maschine 2 als Generator betrieben wird. Weiterhin wird der Ladungszustand der Batterie, der auch als SOC (State of Charge) bezeichnet wird durch eine entsprechende Vorrichtung, beispielsweise ein Steuergerät überwacht. Diese Funktion kann beispielsweise von dem Steuergerät 10 zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 bzw. der elektrischen Maschine 2 mit übernommen werden. Alternativ kann auch ein separates Batteriesteuergerät vorgesehen sein.
  • In der 2 werden noch Details der Regeneration währen eines Betriebs mit hoher Last dargestellt. In einem ersten Schritt 201 wird noch einmal eine laufende Regeneration festgestellt. Wenn die Regeneration aktuell läuft so folgt auf den Schritt 201 der Schritt 202. Wenn keine Regeneration aktuell erfolgt so folgt auf den Schritt 201 wieder der Schritt 201, d.h. das Verfahren der 2 wird nicht gestartet. In Schritt 202 wird überprüft ob die NOx Emissionen zu hoch sind oder der Motor in einem kritischen Betriebsbereich betrieben wird. Wenn die NOx Emissionen nicht über einem Schwellwert liegen oder aber der Motor nicht in einem kritischen Bereich betrieben wird, so folgt auf den Schritt 202 wieder der Schritt 201. Wenn die NOx Emissionen über einem Schwellwert liegen oder aber der Motor in einem kritischen Bereich betrieben wird, so folgt auf den Schritt 202 der Schritt 203. Im Schritt 203 wird überprüft ob durch eine Verschiebung des Lastpunktes die NOx Emissionen in einen akzeptablen Bereich gebracht werden können ohne dass dadurch die Regeneration des Partikelfilters verschlechtert wird. Wenn nicht der Fall ist so folgt auf den Schritt 203 wieder der Schritt 201 und wenn das zutrifft folgt auf den Schritt 203 der Schritt 204. Der Übergang vom Schritt 203 auf den Schritt 204 erfolgt bevorzugt bei hohen Motorlasten, da dann die NOx Emissionen sehr hoch sind und aufgrund der mit einer hohen Last verbundenen Wärmeerzeugung keine Gefahr besteht die Regeneration des Partikelfilters zu unterbrechen. Weiterhin sind in einem derartigen Fahrbetrieb die Abgastemperaturen relativ hoch. Durch diese hohen Temperaturen werden auch die sonst üblichen Maßnahmen zur Reduktion von NOx Emissionen wie beispielsweise ein NOx Speicherkatalysator in einem Bereich betrieben in der der Wirkungsgrad dieser Maßnahmen gering ist. Im Fall geringer Lasten sind aufgrund der hohen Temperaturen bei der Regeneration des Partikelfilters 6 ebenfalls die Möglichkeiten einer Reduktion der NOx Emissionen verringert. In diesem Fall würde aber durch eine Entlastung der Brennkraftmaschine sofort das Temperaturfenster für die Regeneration des Partikelfilters verlassen werden. Daher tritt der Übergang von Schritt 203 zu Schritt 204 bei einer geringen Belastung in der Regel nicht auf.
  • Im Schritt 204 wird dann überprüft ob das elektrische System eine entsprechende Verschiebung des Betriebspunkts des Motors zulässt. Dazu muss die elektrische Maschine 2 in der Lage sein eine entsprechende Leistung an die Antriebswelle 4 ab zu geben und die Batterie 12 muss in der Lage sein die entsprechende elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Neben der absoluten Leistungsfähigkeit von elektrischer Maschine und Batterie können auch zeitweise Gründe gegen eine entsprechende Leistung des elektrischen Systems sprechen. Beispielsweise kann die elektrische Maschine oder die Batterie zu heiß sein so dass ein weiterer Betrieb zum Ersetzen der Brennkraftmaschine zeitweise nicht in Frage kommt. Wenn im Schritt 204 festgestellt wird, dass das elektrische System nicht bereit ist so folgt der Schritt 201 und wenn die Bereitschaft des elektrischen Systems festgestellt wird, so folgt auf den Schritt 204 der Schritt 205. Im Schritt 205 wird dann durch einen Eingriff des elektrischen Systems der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 so verschoben dass eine Reduktion der NOx Abgabe erfolgt ohne dass dadurch die Regeneration des Partikelfilters 6 verschlechtert würde. Es kann so im laufenden Betrieb gleichzeitig die Regeneration und die Emission von NOx optimiert werden.
  • Eine der Voraussetzung für einen Betrieb der elektrischen Maschine 2 als Antrieb zur Reduktion der NOx Emissionen ist ein ausreichender Ladezustand der Batterie. Dazu kann eine vorausschauende Ladezustandsteuerung erfolgen. Wenn eine Regeneration des Partikelfilters bevorsteht kann dazu die elektrische Maschine als Generator betrieben werden um die Batterie auf einen geeigneten Zielwert zu konditionieren. Die Batterieladung wird dann in der nachfolgenden Regenerationsphase dazu benutzt um die NOx Emissionen zu reduzieren. Es können so die NOx Emissionen während der Regeneration verringert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2157407 B1 [0002]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (6) eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug eine Brennkraftmaschine (1), eine elektrische Maschine (2) und eine Batterie (12) aufweist, wobei die elektrische Maschine (2) als Antrieb des Fahrzeugs zusammen mit der Brennkraftmaschine (1) oder als Antrieb allein oder als Generator betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei laufender Regeneration eine Prüfung erfolgt ob durch den Betrieb der elektrischen Maschine (2) als Antrieb die Emissionen von NOx der Brennkraftmaschine (1) verringert werden können ohne dass dadurch die Regeneration maßgeblich verschlechtert wird und wenn die Prüfung positiv ausfällt die elektrische Maschine (2) als Antrieb betrieben wird um die NOx Emissionen zu verringern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Prüfung erfolgt ob der Ladezustand der Batterie (12) ausreichend hoch ist, und ein Betrieb der elektrischen Maschine (2) als Antrieb nur erfolgt wenn der Ladezustand der Batterie ausreichend hoch ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Prüfung erfolgt ob ein Betrieb der elektrischen Maschine (2) als Antrieb im gewünschten Umfang möglich ist um die NOx Emissionen ausreichend zu verringern und dass der Betrieb der elektrischen Maschine als Antrieb nur erfolgt wenn dies der Fall ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Regeneration noch nicht begonnen wurde, vor dem Start der Regeneration der gewünschte Ladezustand der Batterie (12) hergestellt wird und dass nach Erreichen des gewünschten Ladezustands der Batterie (12) die Regeneration begonnen wird.
  5. Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters (6) eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug eine Brennkraftmaschine (1), eine elektrische Maschine (2) und eine Batterie (12) aufweist, wobei die elektrische Maschine (2) als Antrieb des Fahrzeugs zusammen mit der Brennkraftmaschine (1) oder als Antrieb allein oder als Generator betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die bei laufender Regeneration prüfen, ob durch den Betrieb der elektrischen Maschine (2) als Antrieb die Emissionen von NOx der Brennkraftmaschine (1) verringert werden können ohne dass dadurch die Regeneration maßgeblich verschlechtert wird und wenn die Prüfung positiv ausfällt die elektrische Maschine (2) als Antrieb betreiben um die NOx Emissionen zu verringern.
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