DE102017223819A1 - Regenerationssystem, Fahrzeug umfassend dasselbe und Regenerationsverfahren - Google Patents

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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regenerationssystem, ein Fahrzeug umfassend dasselbe und ein Regenerationsverfahren.
Das Regenerationssystem eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs umfasst ein Geschwindigkeitssteuergerät, das so konfiguriert ist, dass es eine Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf eine eingestellte Geschwindigkeit bestimmt, einen NOx-Speicherkatalysator, der so konfiguriert ist, dass dieser die von dem Verbrennungsmotor erzeugten Stickstoffoxide im Abgas reduziert, einen Trigger, der so konfiguriert ist, dass er einen Füllstand der Stickstoffoxide des NOx-Speicherkatalysators im während eines Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugten Abgas erfasst. Ferner ist das Geschwindigkeitssteuergerät so konfiguriert, dass dieser mit dem Trigger kommuniziert, wobei eine Regeneration der NOx-Speicherkatalysators startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide ist.

Description

  • Hintergrund
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regenerationssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Magerverbrennungsmotoren, beispielsweise Dieselmotoren. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Fahrzeug mit einem Regenerationssystem sowie ein Regenerationsverfahren für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.
  • Typischerweise ist ein NOx-Adsorber oder ein NOx-Speicherkatalysator (im englischen Lean NOx-trap, abgekürzt LNT) eine Vorrichtung, die verwendet wird, um Stickoxidemissionen (NO und NO2) eines Magerverbrennungsmotors durch Adsorption zu reduzieren.
  • Typischerweise stellen Magerverbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, eine besondere Herausforderung für Abgassystem-Ingenieure aufgrund des relativ hohen Anteils an O2 (atmosphärischen Sauerstoff) während der Verbrennung dar. Aufgrund des steigenden Bedarfs NOx-Emissionen aus Dieselmotoren zu reduzieren werden Technologien beispielsweise Abgasrückführung (EGR) und selektive katalytische Reduktion (SCR) eingesetzt. Allerdings weist Abgasrückführung eine begrenzte Effizienz und die selektive katalytische Reduktion erfordert eine kontinuierliche Zufuhr von Reduktionsmittel in das Abgas.
  • Der so genannte NOx-Speicherkatalysator dient zur Unterstützung der NOx-Nachbehandlung während des Betriebs des Verbrennungsmotors.
  • In der Vergangenheit wurden verschiedene Konzepte entwickelt, um den NOx-Speicherkatalysator zu „reinigen“ oder zu „regenerieren“, wobei die Verwendung von Kraftstoff als Reaktanden verwendet wurde, beispielsweise Dieselkraftstoff. Eine Änderung eines Einspritzverhaltens des Verbrennungsmotors kann zur Reinigung des NOx-Speicherkatalysators genutzt werden. Der NOx-Speicherkatalysator kann so konfiguriert werden, dass dieser unter reichhaltigen Bedingungen desorbiert und mit Kohlenwasserstoffen reagiert, um Wasser und Stickstoff zu produzieren, die im Allgemeinen nicht umweltschädlich sind. Aber diese Konzepte erfordern in der Regel zusätzlichen Treibstoff.
  • Folglich ist es notwendig, die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zu optimieren.
  • Das Dokument US 6.779.339 B1 betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines kraftstoffarmen Abgases aufweisend NOx und SO2. Das Verfahren umfasst die Aufteilung des Abgases in Haupt- und Nebenanteile für den Durchfluss durch mehrere Strömungswege, von denen jeder einen Partikelfilter aufweist und einen Adsorber mit einem NOx-Oxidationskatalysator und ein Nitratabsorptionsmittel.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regenerationssystem nach Anspruch 1, ein Fahrzeug mit einem Regenerationssystem nach Anspruch 7 und ein Regenerationsverfahren nach Anspruch 8.
  • Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Regenerationssystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Magerverbrennungsmotors, eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann einen Magerverbrennungsmotor, wie beispielsweise einen Dieselmotor, umfassen.
  • Das Regenerationssystem umfasst ferner ein Geschwindigkeitssteuergerät, das so konfiguriert ist, dass es eine Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf eine eingestellte Geschwindigkeit ermittelt. Die Beschleunigungszeit ergibt sich aus einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der eingestellten Geschwindigkeit. Die eingestellte Geschwindigkeit kann eine vordefinierte Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs sein, die manuell oder automatisch eingestellt werden kann. Die eingestellte Geschwindigkeit kann insbesondere in Abhängigkeit von Geschwindigkeitsbegrenzungen, beispielsweise auf Autobahnen oder in Verkehrssituationen, angepasst werden.
  • Das Regenerationssystem umfasst ferner einen NOx-Speicherkatalysator, auch Lean NOx-Trap - kurz LNT - oder NOx-Adsorber genannt. Der NOx-Speicherkatalysator ist so konfiguriert, dass dieser Stickstoffoxide in einem Abgas des Verbrennungsmotors reduziert. Das heißt, der NOx-Speicherkatalysator ist so konfiguriert, dass dieser insbesondere NO und NO2, die so genannten Stickstoffoxide, die der Verbrennungsmotor während des Betriebs produziert, adsorbiert und detektiert. Insbesondere ist der NOx-Speicherkatalysator ein Vorrichtung, mit der sich die Stickstoffoxidemissionen aus den Abgasen des Magerverbrennungsmotors durch Adsorption reduzieren lassen.
  • Das Regenerationssystem umfasst ferner einen Trigger, der so konfiguriert ist, dass ein Füllstand der Stickstoffoxide des NOx-Speicherkatalysators detektierbar ist. Der Füllstand des Triggers kann einen Füllpegel der in dem NOx-Speicherkatalysator absorbierten Stickstoffoxide anzeigen. Insbesondere kann der Trigger auch ein Sättigungsniveau des NOx-Speicherkatalysators detektieren, was insbesondere bedeutet, dass der NOx-Speicherkatalysator insbesondere mit Stickstoffoxiden gesättigt ist.
  • Insbesondere umfasst der NOx-Speicherkatalysator ein Adsorptionsmittel wie Zeolith, das die Stickstoffoxide aufnimmt. So kann der NOx-Speicherkatalysator als molekularer Schwamm fungieren. Sobald die NOx-Speicherkatalysator das Sättigungsniveau erreicht hat, kann kein NOx mehr adsorbiert oder detektiert werden. Eine weitere Regeneration bei Sättigung des NOx-Speicherkatalysators kann während einer in der Regel erforderlichen Zeit durchgeführt werden. Die Regeneration auf Sättigungsniveau kann beispielsweise in einem Zeitbereich von 6 bis 10 Sekunden durchgeführt werden.
  • Das Geschwindigkeitssteuergerät ist so konfiguriert, dass dieser mit dem Trigger kommuniziert, und eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide beträgt. Das heißt, dass die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators beginnen kann, bevor das Sättigungsniveau des NOx-Speicherkatalysators, der durch den Trigger detektiert werden kann, erreicht ist. Insbesondere umfasst die hier beschriebene „Regenerationszeit“ auch die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators vor Erreichen des Sättigungsniveaus.
  • Das heißt, dass die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit und die Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators bei verschiedenen Füllständen gleichzeitig detektiert werden kann, wobei die Regeneration der NOx-Speicherkatalysators bereits dann beginnen kann, wenn das Sättigungsniveau der NOx-Speicherkatalysators nicht vollständig erreicht ist, aber der NOx-Speicherkatalysator innerhalb der Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit regeneriert werden kann.
  • Ein Vorteil ist insbesondere, dass der NOx-Speicherkatalysator bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit regeneriert werden kann, wenn eine anstehende Beschleunigung des Fahrzeugs stattfinden soll oder geplant werden kann. Dadurch kann weniger Kraftstoff verbraucht werden und ein Lambda unter eins, so genannte fette Mischungen, kann effizient bereitgestellt werden.
  • Mit anderen Worten, kann der Kraftstoffverbrauch effizient gesenkt werden, da insbesondere die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators innerhalb eines gewünschten Beschleunigungsvorgangs des Fahrzeugs gestartet werden kann. Das heißt, dass ein Warten bis zum Erreichen des Sättigungsniveaus des NOx-Speicherkatalysators oder bei ständiger Fahrt eine separate oder zusätzliche Inbetriebnahme der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators effizient reduzierbar ist. So kann gemäß der Erfindung die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators in den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs integriert werden, was insbesondere den Kraftstoffverbrauch sowie beispielsweise die CO2-Reduzierung reduziert.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, das das Regenerationssystem umfasst.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Regenerationsverfahren. Das Regenerationsverfahren umfasst einen Schritt zum Ermitteln der Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit durch das Geschwindigkeitssteuergerät.
  • Weiterhin umfasst das Regenerationsverfahren einen Schritt, wobei Stickstoffoxide durch den NOx-Speicherkatalysator, die der Verbrennungsmotor produziert, reduziert werden.
  • Das Regenerationsverfahren umfasst auch die Schritte des Detektierens des Füllstandes der Stickstoffoxide in dem NOx-Speicherkatalysator durch den Trigger und die Durchführung der Kommunikation zwischen dem Geschwindigkeitssteuergerät und dem Trigger. Unter dem Begriff „Kommunikation“ soll ein Datenaustausch zwischen dem Geschwindigkeitssteuergerät und dem Trigger, insbesondere in Bezug auf die Beschleunigungszeit und des Füllstands, verstanden werden. Der Trigger kann den Füllstand des NOx-Speicherkatalysators messen und den Füllstatus an das Geschwindigkeitssteuergerät senden, wobei das Geschwindigkeitssteuergerät beispielsweise die erforderliche Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit an den Trigger senden kann und umgekehrt.
  • Das Regenerationsverfahren des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs beginnt, wenn die ermittelte Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich der Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide ist.
  • Die Idee der Erfindung besteht insbesondere darin, eine Beschleunigungsanforderung des Geschwindigkeitssteuergerät zu nutzen, um die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators in Verbindung mit dem Füllstand der Stickstoffoxide zu starten, wobei die Regeneration in kürzerer Zeit sowie bei niedrigerem Δlambda (oder Δ Luft-Kraftstoffverhältnis) durchgeführt werden kann. Der geringere Lambda-Wert während der Beschleunigung verringert das Δlambda auf einen eingestellten Wert für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators.
  • Obgleich der Tatsache, dass die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators effizient durchgeführt werden kann, wurde überraschenderweise festgestellt, dass die Regeneration insbesondere mit einer weiteren Regeneration bei konstanter Fahrt vergleichbar ist, und wobei der NOx-Speicherkatalysator gesättigt ist.
  • Lambda oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) ist ein Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff, das in einem Verbrennungsprozess wie dem Verbrennungsmotor vorhanden ist. Der AFR ist ein wichtiger Maßstab zur Vermeidung von Umweltverschmutzung und zur Leistungssteigerung. Wenn genau genug Luft zur Verfügung gestellt wird, um den gesamten Kraftstoff vollständig zu verbrennen, wird das Verhältnis als stöchiometrisches Gemisch bezeichnet. AFR-Werte, die niedriger als stöchiometrisch sind, gelten als „reich“. Reiche Mischungen sind weniger effizient, können aber mehr Leistung erzeugen und kühler verbrennen, was schonender für den Motor ist. AFR-Werte, die höher als stöchiometrisch sind, gelten als „mager“. Magere Mischungen sind effizienter, können aber Motorschäden oder vorzeitigen Verschleiß verursachen und vermehrt Stickstoffoxide produzieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Füllstand der Stickstoffoxide des NOx-Speicherkatalysators größer als 40% in Bezug auf ein Sättigungsniveau sein. Beim Sättigungsniveau kann der NOx-Speicherkatalysator mit Stickstoffoxiden gesättigt sein. Ist der Füllstand der Stickstoffoxide größer als 40% bezogen auf das Sättigungsniveau, kann die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators effizient und ohne zusätzlichen Kraftstoff durchgeführt werden, da die Regeneration beispielsweise in Verbindung mit der Beschleunigung des Fahrzeugs startet. Die Beschleunigung des Fahrzeugs kann über das Geschwindigkeitssteuergerät gesteuert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators hinsichtlich des Füllstands der Stickstoffoxide kürzer als die weitere Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators am Sättigungsniveau. Die weitere Regenerationszeit kann insbesondere bei konstanter Fahrt vordefiniert werden. Somit kann das Regenerationssystem effizient betrieben werden, wenn die ermittelte Beschleunigungszeit des Geschwindigkeitssteuergerät auf die eingestellte Geschwindigkeit kürzer ist als die weitere Regenerationszeit auf dem Sättigungsniveau, da die Regenerationszeit kürzer ist und die Regeneration generell bei niedrigeren Lambda-Werten während der Beschleunigung startet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators hinsichtlich des Füllstands der Stickstoffoxide mindestens zwei Sekunden kürzer sein als die weitere Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators am Sättigungsniveau, beispielsweise beim Beschleunigen. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch effizient gesenkt werden, da die Regenerationszeit kürzer sein kann als die üblicherweise benötigte Regenerationszeit, wobei auch niedrigere Lambda-Werte in der Regel während der Beschleunigung eingestellt sind.
  • Denkbar ist, dass die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit um ein bis zwei Sekunden kürzer ist als beispielsweise die Regenerationszeit. Das heißt, dass die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators unter Verwendung der Beschleunigungszeit und der weiteren Regeneration bei konstanter Fahrt durchgeführt werden kann. Es ist klar, dass diese Art der Regeneration weniger Kraftstoff verbraucht und die Regenerationszeit kürzer ist als die weitere Regenerationszeit am Sättigungsniveau des NOx-Speicherkatalysators.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Trigger so konfiguriert sein, dass er die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators vor und während der Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit steuert. Alternativ kann der Trigger auch so konfiguriert sein, dass er die weitere Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators am Sättigungsniveau steuert. Dadurch kann die Regeneration unter Berücksichtigung von Zeit- und Kraftstoffersparnis optimiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Geschwindigkeitsregelgerät einen Basis-Geschwindigkeitsregler in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit, einen adaptiven Geschwindigkeitsregler in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit oder einen automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit umfassen. Die eingestellte Geschwindigkeit kann beispielsweise durch die Geschwindigkeitsbegrenzung bestimmt werden, die von einer Kamera eines Verkehrszeichenerkennungssystems des Fahrzeugs erkannt wird. In diesem Zusammenhang soll mit dem Begriff „automatisiert“ eine autonome Anpassung und/oder eine Neuanpassung auf eine vorgegebene Sollgeschwindigkeit, beispielsweise 120 km/h, verstanden werden. Auf der Grundlage des Basis-Geschwindigkeitsreglers, des adaptiven Geschwindigkeitsreglers und/oder des automatischen adaptiven Geschwindigkeitsreglers ist die Beschleunigung im Voraus auf der Grundlage eines weiteren Fahrzeugs vor dem Fahrzeug oder von Navigationsdaten, wie beispielsweise Geschwindigkeitsbegrenzungen, zu planen. Insbesondere kann das Regenerationssystem effizient an ein autonomes Fahrsystem des Fahrzeugs angepasst werden.
  • In diesem Zusammenhang können beispielsweise der Basis-Geschwindigkeitsregler, der adaptive Geschwindigkeitsregler und der automatische Geschwindigkeitsregler einzeln oder in Kombination im Fahrzeug integriert werden.
  • Der Basis-Geschwindigkeitsregler, der adaptive Geschwindigkeitsregler und/oder der automatische adaptive Geschwindigkeitsregler sind so konfiguriert, dass sie die Beschleunigungszeit an den Trigger liefern.
  • Der Basis-Geschwindigkeitsregler umfasst eine Steuereinheit, die automatisch eine vorgegebene oder vordefinierte eingestellte Geschwindigkeit steuern kann. Die eingestellte Geschwindigkeit kann ermittelt oder ausgewählt und aktiviert oder reaktiviert werden, nachdem das Fahrzeug mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als der eingestellten Geschwindigkeit gefahren wurde, insbesondere durch einen Fahrer. Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysator kann dann so konfiguriert werden, dass sie startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide ist, wobei die Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit durch den Basis-Geschwindigkeitsregler bestimmt werden kann.
  • Der adaptive Geschwindigkeitsregler kann ein Geschwindigkeitsregler für Fahrzeuge sein, der die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch an die eingestellte Geschwindigkeit anpasst, um einen Sicherheitsabstand zu weiteren Fahrzeugen vor dem Fahrzeug einzuhalten. Der adaptive Geschwindigkeitsregler kann auf Sensorinformationen von On-Board-Sensoren, wie beispielsweise Radarsensoren, basieren. Durch den adaptiven Geschwindigkeitsregler kann das Fahrzeug auf Basis der eingestellten Geschwindigkeit gefahren werden, wobei insbesondere der adaptive Geschwindigkeitsregler eine Geschwindigkeit auf einen angemessenen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug einstellen und der adaptive Geschwindigkeitsregler das Fahrzeug möglichst wieder auf die eingestellte Geschwindigkeit beschleunigen kann. Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators kann dann so konfiguriert werden, dass sie startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide ist, wobei die Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit durch den adaptiven Geschwindigkeitsregler bestimmbar ist.
  • Der automatische adaptive Geschwindigkeitsregler kann auf Basis der Navigationsdaten, wie beispielsweise Geschwindigkeitsbegrenzungen und einem Abstand zwischen zwei Geschwindigkeitsbegrenzungen, arbeiten. Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators kann dann so konfiguriert werden, dass sie startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide ist, wobei die Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit durch den automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler bestimmt werden kann. In diesem Zusammenhang soll unter dem Begriff „automatisiert“ die autonome Anpassung und/oder Neuanpassung auf die vorgegebene eingestellte Geschwindigkeit, beispielsweise 120 km/h, verstanden werden.
  • Die hier beschriebenen Merkmale für das Regenerationssystem sind auch für das Fahrzeug mit Regenerationssystem sowie das Regenerationsverfahren offenbart sowie umgekehrt.
  • Figurenliste
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen verwiesen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert, die in den schematischen Figuren dargestellt sind.
    • 1 illustriert eine schematische Darstellung eines Regenerationssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 illustriert eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3a und 3b zeigen Graphen zur Erläuterung des technischen Effekts des Regenerationssystems gemäß 1;
    • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Regenerationsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
    • 5 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm eines Regenerationsverfahrens basierend auf 4.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Elemente.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
  • 1 illustriert eine schematische Darstellung eines Regenerationssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Bezugszeichen 5 betrifft das Regenerationssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Regeneriersystem der 1 zeigt das Regenerationssystem 5. Das Regenerationssystem 5 eines Verbrennungsmotors 10 eines Fahrzeugs 20 umfasst ein Geschwindigkeitssteuergerät 1, das so konfiguriert ist, dass eine Beschleunigungszeit des Fahrzeugs 20 auf eine eingestellte Geschwindigkeit bestimmbar ist, ein NOx-Speicherkatalysator 2, der so konfiguriert ist, dass dieser die von dem Verbrennungsmotor 10 erzeugten Stickstoffoxide reduziert, einen Trigger 3, der so konfiguriert ist, dass dieser einen Füllstand des NOx-Speicherkatalysators 2, der in dem Verbrennungsmotor während des Betriebs erzeugten Stickstoffoxide im Abgas, detektiert. Weiterhin ist das Geschwindigkeitssteuergerät 1 so konfiguriert, dass dieser mit dem Trigger 3 kommuniziert, wobei eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 2 startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide beträgt.
  • Der Füllstand der Stickstoffoxide des NOx-Speicherkatalysators kann größer als 40% in Bezug auf ein Sättigungsniveau des NOx-Speicherkatalysators sein.
  • Der Trigger kann so konfiguriert werden, dass dieser die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators vor und während einer Beschleunigung des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit steuert. Somit kann die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators kraftstoffsparend durchgeführt werden, da die Regeneration während der Beschleunigung erfolgen kann. Der Trigger 3 kann somit im stetigen Datenaustausch mit dem Geschwindigkeitssteuergerät 1 stehen.
  • Das Geschwindigkeitssteuergerät kann einen Basis-Geschwindigkeitsregler 6 in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit, einen adaptiven Geschwindigkeitsregler 7 in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit und/oder einen automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler 8 in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit umfassen.
  • Der Basis-Geschwindigkeitsregler 6 kann durch Drücken einer Resume-Taste aktiviert werden. Die Aktivierung der Resume-Taste kann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug 20 eine Geschwindigkeit unterhalb der eingestellten Geschwindigkeit aufweist. Nach Drücken der Resume-Taste kann das Fahrzeug 20 insbesondere eine moderate Beschleunigung von einer Ist-Geschwindigkeit auf die eingestellte Geschwindigkeit durchführen, wobei die eingestellte Geschwindigkeit eine vorgegebene oder vordefinierte Geschwindigkeit sein kann. Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 2 kann dann so konfigurierbar sein, dass diese startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators 2 an dem Füllstand der Stickstoffoxide beträgt, wobei die Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit durch den Basis-Geschwindigkeitsregler bestimmt oder berechnet werden kann.
  • Der adaptive Geschwindigkeitsregler 7 kann insbesondere auf Basis von Sensorinformationen von On-Board-Sensoren, wie beispielsweise Radarsensoren, gesteuert werden. Mittels des adaptiven Geschwindigkeitsreglers 7 kann der Fahrer die eingestellte Geschwindigkeit eingeben. Befindet sich kein weiteres Fahrzeug oder Objekt vor dem Fahrzeug, kann das Fahrzeug 20 die eingestellte Geschwindigkeit beibehalten, wobei die eingestellte Geschwindigkeit die vorgegebene oder vordefinierte Geschwindigkeit sein kann. Befindet sich das weitere Fahrzeug vor dem Fahrzeug 20, stellt der adaptive Geschwindigkeitsregler 7 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 20 auf einen angemessenen Abstand zum weiteren Fahrzeug ein. Wenn das Fahrzeug 20 auf die eingestellte Geschwindigkeit beschleunigt werden kann, beispielsweise wenn das weitere Fahrzeug eine Autobahn verlassen hat, kann der adaptive Geschwindigkeitsregler 7 das Fahrzeug 20 auf die eingestellte Geschwindigkeit beschleunigen. Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 2 kann dann so konfiguriert werden, dass diese startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs 20 auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators 2 an dem Füllstand der Stickstoffoxide beträgt, wobei die Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit durch den adaptiven Geschwindigkeitsregler des Geschwindigkeitssteuergeräts 1 bestimmt werden kann.
  • Der automatische adaptive Geschwindigkeitsregler 8 kann auf Navigationsdaten wie beispielsweise Geschwindigkeitsbegrenzungen und einem Abstand zwischen zwei Geschwindigkeitsbegrenzungen basieren. Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators kann dann so konfiguriert sein, dass dieser startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators 2 an dem Füllstand der Stickstoffoxide beträgt, wobei die Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit durch den automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler bestimmt werden kann. In diesem Zusammenhang soll unter dem Begriff „automatisiert“ eine automatisierte Anpassung und/oder eine Neuanpassung auf eine voreingestellte Geschwindigkeit, beispielsweise 120 km/h, verstanden werden.
  • So wird die Regeneration durchgeführt, während die Beschleunigung des Fahrzeugs stattfindet. Mit anderen Worten kann eine zusätzliche weitere Regeneration bei konstanter Fahrt reduziert werden. Der für die Regeneration benötigte Kraftstoff kann daher neben der Beschleunigung des Fahrzeugs um ca. 60% geringer sein als bei einer weiteren Regeneration.
  • Ein Zeitbereich für die weitere Regenerationszeit beträgt circa 6 Sekunden.
  • 2 illustriert eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 illustriert das Fahrzeug 20, insbesondere ein Automobil. Das Automobil umfasst das hier beschriebene Regenerationssystem 5.
  • 3a und 3b zeigen Graphen zum Erläutern der technischen Auswirkungen des Regenerationssystems nach 1.
  • In 3a und 3b ist auf der X-Achse ein Zeitbereich zwischen 0 und 25 Sekunden aufgetragen.
  • In 3a ist auf der Y-Achse eine zusätzliche Kraftstoffmenge zwischen 0 und 20 mg/str aufgetragen.
  • In 3b ist auf der Y-Achse ein Lambda-Wert zwischen 0,8 und 1,8 aufgetragen.
  • Eine durchgezogene Linie zeigt die weitere Regeneration bei konstanter Fahrt und eine gestrichelte Linie die Regeneration bei Beschleunigung des Fahrzeugs 20.
  • Wie aus 3a ersichtlich, ist eine zusätzliche Kraftstoffmenge für die weitere Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erforderlich und die weitere Regenerationszeit ist länger als bei der Beschleunigung des Fahrzeugs 20. Beispielsweise ist die Regenerationszeit beim Beschleunigen um ca. 2 Sekunden kürzer als bei der weiteren Regeneration während konstanter Fahrt und Kraftstoff kann in einem Bereich zwischen 60% und 70% eingespart werden. Mit anderen Worten kann die Regeneration zeitlich um ca. 25% kürzer sein, und es kann beispielsweise eine um 35% geringere zusätzliche Höchstkraftstoffmenge benötigt werden.
  • Wie in 3b zu sehen ist, erfordern höhere Lambda-Werte bei konstanter Fahrt eine höhere Kraftstoffmenge, um den Lambda-Wert für die weitere Regeneration des NOx-Speicherkatalysators im Vergleich zur Regeneration während der Beschleunigung unter eins zu senken. Aufgrund des geringeren Lambda-Wertes während der Beschleunigung im Vergleich zum konstanten Fahren kann der Bedarf an zusätzlicher Kraftstoffeinspritzung und Drosselung der Frischluft für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators deutlich geringer sein, beispielsweise um 0,2.
  • Trotz der Tatsache, dass die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators effizient durchgeführt werden kann, wurde überraschend festgestellt, dass die Regeneration insbesondere mit der weiteren Regeneration bei konstanter Fahrt vergleichbar ist. Darüber hinaus kann die Senkung des Kraftstoffverbrauchs mit einer Reduzierung des CO2-Ausstoßes einhergehen.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Regenerationsverfahrens nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Regenerationsverfahren 30 des Verbrennungsmotors 10 für das Fahrzeug 20 umfasst einen Schritt S1, wobei die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs 20 auf die eingestellte Geschwindigkeit durch das Geschwindigkeitssteuergerät 1 ermittelt wird.
  • Weiterhin umfasst das Regenerationsverfahren einen Schritt S2, wobei die in dem Verbrennungsmotor 10 erzeugten Stickstoffoxide durch den NOx-Speicherkatalysator 2 reduziert werden.
  • Das Regenerationsverfahren 30 umfasst auch Schritte des Detektierens S3 eines Füllstandes der Stickstoffoxide in dem NOx-Speicherkatalysator 2 durch den Trigger 3 und des Durchführens einer Kommunikation S4 zwischen dem Geschwindigkeitssteuergerät 1 und dem Trigger 3. Unter dem Begriff „Kommunikation“ soll ein Datenaustausch zwischen dem Geschwindigkeitssteuergerät 1 und dem Trigger 3 insbesondere hinsichtlich der Beschleunigungszeit und des Füllstandes verstanden werden. Der Trigger 3 kann den Füllstand des NOx-Speicherkatalysators 2 messen und einen Füllstatus des NOx-Speicherkatalysators 2 an das Geschwindigkeitssteuergerät 1 senden, wobei das Geschwindigkeitssteuergerät 1 beispielsweise die erforderliche Beschleunigungszeit auf die eingestellte Geschwindigkeit an den Trigger 3 senden kann sowie umgekehrt
  • Der Regenerationsschritt S5 beginnt, wenn die ermittelte Beschleunigungszeit des Fahrzeugs 20 auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators 1 an dem Füllstand der Stickstoffoxiden ist.
  • 5 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm eines Regenerationsverfahrens auf Basis von 4.
  • 5 basiert auf 4, wobei das Regenerationsverfahren in Bezug auf das Geschwindigkeitssteuergerät 1 ausführlich erläutert wird. Das detaillierte Regenerationsverfahren 30' basiert auf das Regenerationsverfahren 30.
  • Das Ermitteln S1 der Beschleunigungszeit des Fahrzeugs 20 auf die eingestellte Geschwindigkeit durch das Geschwindigkeitssteuergerät 1 kann durch den Basis-Geschwindigkeitsregler D1, den adaptiven Geschwindigkeitsregler D1' und/oder den automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler D1" durchführbar sein. In Schritt D2 kann die Beschleunigungsanforderung berechnet werden. In Schritt D3 kann der Füllstand des NOx-Speicherkatalysators durch den Trigger detektiert werden. Liegt das Füllstand unterhalb eines geforderten Füllstands in Bezug auf das Sättigungsniveau des NOx- Speicherkatalysators 2, kann eine Standardbeschleunigung ohne Regeneration durchgeführt und die Beschleunigung D7 auf die eingestellte Geschwindigkeit realisiert werden, beispielsweise durch den Basis-Geschwindigkeitsregler D1, den adaptiven Geschwindigkeitsregler D1' und/oder den automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler D1" des Geschwindigkeitssteuergeräts 1. Im Schritt D8 kann das Fahrzeug 20 konstant mit der eingestellten Geschwindigkeit gefahren werden.
  • Liegt das Füllstand über dem geforderten Füllstand in Bezug auf das Sättigungsniveau des NOx-Speicherkatalysators, beispielsweise mehr als 40%, kann die Regeneration D4 während der Beschleunigung durchgeführt werden. Der Trigger 3 löst daher in Schritt D5 die Regeneration aus. Nach der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 2 kann die Beschleunigung weiter durchgeführt werden, bis das Fahrzeug 20 die eingestellte Geschwindigkeit erreicht hat. Im Schritt D8 kann das Fahrzeug 20 konstant mit der eingestellten Geschwindigkeit gefahren werden.
  • Obwohl das hier beschriebene Regenerationssystem im Zusammenhang mit Automobilen entsprechend beschrieben wurde ist es für einen Fachmann klar und eindeutig verständlich, dass das hier beschriebene Regenerationssystem auf verschiedene Objekte, die Verbrennungsmotoren umfassen, angewendet werden kann.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen illustriert und beschrieben wurden, wird es von denjenigen, die Fachkenntnisse besitzen, geschätzt, dass es eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen gibt. Es ist zu beachten, dass die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, dem Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr stellt die vorstehende detaillierte Beschreibung für Fachleuten eine geeignete Roadmap für die Umsetzung mindestens einer exemplarischen Ausführungsform bereit, wobei davon ausgegangen wird, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der in einer exemplarischen Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten dargelegten Umfang abzuweichen. Im Allgemeinen ist die Offenbarung dazu gedacht, alle Anpassungen oder Variationen der hier besprochenen spezifischen Ausführungsformen abzudecken.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Geschwindigkeitssteuergerät
    2
    NOx-Speicherkatalysator
    3
    Trigger
    5
    Regenerationssystem
    6
    Basis-Geschwindigkeitsregler
    7
    adaptiver Geschwindigkeitsregler
    8
    automatischer Geschwindigkeitsregler
    10
    Verbrennungsmotor
    20
    Fahrzeug
    30
    Regenerationsverfahren
    30'
    detaillierte Darstellung eines Regenerationsverfahrens
    S1-S5
    Verfahrensschritte
    D1-D8
    weitere Verfahrensschritte
  • 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
    • US 6779339 B1 [0007]

Claims (11)

  1. Regenerationssystem (5) für einen Verbrennungsmotor (10) eines Fahrzeugs(20) umfassend: ein Geschwindigkeitssteuergerät (1), das so konfiguriert ist, dass es eine Beschleunigungszeit des Fahrzeugs (20) auf eine eingestellte Geschwindigkeit bestimmt; ein NOx-Speicherkatalysator(2), der so konfiguriert ist, dass dieser die von dem Verbrennungsmotor (10) erzeugten Stickstoffoxide reduziert; ein Trigger (3), der so konfiguriert ist, dass er einen Füllstand der Stickstoffoxide des NOx-Speicherkatalysators (2) erfasst; wobei das Geschwindigkeitssteuergerät (1) so konfiguriert ist, dass dieser mit dem Trigger (3) kommuniziert, und wobei eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (2) startet, wenn die Beschleunigungszeit des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit zumindest gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators an dem Füllstand der Stickstoffoxide beträgt.
  2. Regenerationssystem (5) nach Anspruch 1, wobei der Füllstand der Stickstoffoxide des NOx-Speicherkatalysators größer als 40% in Bezug auf ein Sättigungsniveau des NOx-Speicherkatalysators ist.
  3. Regenerationssystem (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators (2) hinsichtlich des Füllstands der Stickstoffoxide kürzer ist als eine weitere Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators am Sättigungsniveau.
  4. Regenerationssystem (5) nach Anspruch 3, wobei die Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators (2) hinsichtlich des Füllstands der Stickstoffoxide mindestens zwei Sekunden kürzer ist als die weitere Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators am Sättigungsniveau.
  5. Regenerationssystem (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Trigger so konfiguriert ist, dass er die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (2) vor und während einer Beschleunigung des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit steuert.
  6. Regenerationssystem (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Geschwindigkeitssteuergerät (1) einen Basis-Geschwindigkeitsregler (6) in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit, einen adaptiven Geschwindigkeitsregler (7) in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit und/oder einen automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler (8) in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit umfasst.
  7. Fahrzeug (20) mit einem Regenerationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verfahren (30) zum Regenerieren eines Verbrennungsmotors (10) eines Fahrzeugs (20), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:: Ermitteln (S1) einer Beschleunigungszeit des Fahrzeugs (10) auf eine eingestellte Geschwindigkeit durch ein Geschwindigkeitssteuergerät (1); Reduktion (S2) von Stickstoffoxiden durch einen NOx-Speicherkatalysator (2), die von dem Verbrennungsmotor (10) erzeugt werden; Detektieren (S3) eines Füllstands der Stickstoffoxide in dem NOx-Speicherkatalysator durch einen Trigger; Durchführen (S4) einer Kommunikation zwischen dem Geschwindigkeitssteuergerät (1) und dem Trigger (3); wobei eine Regeneration (S5) des NOx-Speicherkatalysators (2) beginnt, wenn die ermittelte Beschleunigungszeit des Fahrzeugs (20) auf die eingestellte Geschwindigkeit mindestens gleich einer Regenerationszeit des NOx-Speicherkatalysators (2) an dem Füllstand der Stickstoffoxide ist.
  9. Regenerationsverfahren (30) nach Anspruch 8, wobei die Regeneration (S5) des NOx-Speicherkatalysators (2) durch einen Trigger (3) vor und während einer Beschleunigung des Fahrzeugs auf die eingestellte Geschwindigkeit gesteuert wird.
  10. Regenerationsverfahren (30) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei der Schritt des Ermitteln (S1) der Beschleunigungszeit des Fahrzeugs (20) auf die eingestellte Geschwindigkeit durch das Geschwindigkeitssteuergerät (1) von einem Basis-Geschwindigkeitsregler (6) in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit, einem adaptiven Geschwindigkeitsregler (7) in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit oder einem automatischen adaptiven Geschwindigkeitsregler (8) in Bezug auf die eingestellte Geschwindigkeit durchgeführt wird.
  11. Regenerationsverfahren (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Regeneration (S5) des NOx-Speicherkatalysators (2) auf dem Füllstand der Stickstoffoxide mindestens zwei Sekunden schneller durchgeführt wird als eine weitere Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (2) am Sättigungsniveau.
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