DE102018217169B4 - Energieoptimale erzwungene Regeneration eines Partikelfilters eines Hybridfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Steuerungssystem zur Regeneration eines Partikelfilters (20) in einem Abgasstrom (36), für einen Verbrennungsmotor (31) eines Hybrid-Fahrzeugs (30), wobei das Hybrid-Fahrzeug (30) den Verbrennungsmotor (31) und eine Elektromaschine (32) aufweist, das Steuerungssystem aufweisend:einen Partikelfilter (20),einen Temperatursensor (25), der im Bereich des Partikelfilters (20) angeordnet ist und der dazu eingerichtet ist, eine Ist-Temperatur (Ti) des Partikelfilters (20) zu bestimmen,eine erste Wärmequelle (21), welche stromaufwärts in dem Abgasstrom (36) angeordnet ist, undeine Steuerung (15), welche dazu eingerichtet ist,eine Temperaturdifferenz (Td) zwischen einer Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) und der Ist-Temperatur (Ti) des Partikelfilters (20) zu bestimmen,eine aufzubringende Leistungsdifferenz (Pd) aus der Temperaturdifferenz (Td) zu bestimmen, unddie erste Wärmequelle (21) mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz (Pd) zu beaufschlagen,wobei die Steuerung (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, wenn die Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) erreicht oder überschritten ist, die erste Wärmequelle auszuschalten und den Verbrennungsmotor (31) innerhalb eines ersten Temperaturbereichs (T1) so zu betreiben, dass der Verbrennungsmotor (31) sauerstoffreiches Abgas liefert, und den Verbrennungsmotor (31) innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs (T2) so zu betreiben, dass der Verbrennungsmotor (31) sauerstoffarmes Abgas liefert,wobei der zweite Temperaturbereich (T2) höher liegt als die Soll-Temperatur und,wobei der erste Temperaturbereich (T1) zwischen der Soll-Temperatur und dem zweiten Temperaturbereich liegt,wobei die Steuerung (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, wenn eine vordefinierte Emission überschritten ist, die Regeneration des Partikelfilters (20) zu unterbrechen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasstrom für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Hybrid-Fahrzeugs.
- Ein Partikelfilter (Gasoline Particulate Filter, GPF) kann beispielsweise in einem Ottomotor eingesetzt werden, um die Emissionswerte von Partikeln, insbesondere von Schadstoffpartikeln, im Abgas des Motors zu senken. Partikelfilter können die Anzahl der Partikel im Rohabgas des Motors z.B. bis zu einem Anteil über 90 % herausfiltern. Allerdings kann, beispielsweise bei kalten Außentemperaturen, die Anzahl der Partikel nur teilweise durch innermotorische Maßnahmen in ausreichendem Maße abgesenkt werden. Weiterhin benötigen diese Partikelfilter regelmäßig eine Regeneration, damit der Filter wieder freigebrannt wird und nicht verstopft. Für diesen Abbrennvorgang des sogenannten Filterkuchens wird ein erhöhtes Abgastemperaturniveau vor dem Partikelfilter benötigt. Das benötigte Abgastemperaturniveau liegt etwa bei oder oberhalb von 600°C. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, bei Niedriglast- und Kurzstreckenfahrten ist es möglich, dass diese Temperatur nicht erreicht wird; dadurch kann der Partikelfilter eine so hohe Beladung erfahren, dass der Abgasgegendruck übermäßig ansteigt. Dies führt im ungünstigsten Fall zu Verbrennungsaussetzer bei der Verbrennungskraftmaschine. Daher kann es vorkommen, dass die Regeneration des Partikelfilters erzwungen werden muss, damit es nicht zu einer negativen Beeinträchtigung des Ladungswechsels, der Ladungsbeschaffenheit und somit zur Verbrennung kommt. Insbesondere bei einem Hybrid-Fahrzeug kann dieser Effekt in verstärktem Maße auftreten, weil der Verbrennungsmotor im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen über noch kürzere Zeitspannen betrieben wird. Somit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass das zur Regeneration notwendige Temperaturniveau bei einem solchen System im Fahrbetrieb nicht erreicht wird.
- Die
DE 10 2008 023 397 A1 betrifft ein Steuersystem zum Steuern einer Regeneration eines Partikelfilters für ein Hybridfahrzeug. Das System umfasst im Allgemeinen ein Regenerationsmodul, das elektrischen Strom zu dem Partikelfilter steuert, um eine Regeneration einzuleiten. Ein Brennkraftmaschinensteuermodul steuert den Betrieb einer Brennkraftmaschine des Hybridfahrzeugs beruhend auf der Steuerung des elektrischen Stroms zu dem Partikelfilter. - Die
DE 10 2010 037 924 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Hybridantriebs, wobei der Hybridantrieb wenigstens einen Verbrennungsmotor und wenigstens einen Nichtverbrennungsmotor umfaßt, die jeweils eine Ausgangsleistung bereitstellen, wobei der Hybridantrieb ferner lediglich verbrennungsmotorisch oder lediglich nichtverbrennungsmotorisch oder in einer Mischbetriebsart betrieben wird und die Abgase des Hybridantriebs wenigstens teilweise durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung geleitet werden. Die jeweilige Betriebsart des Hybridantriebs wird in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung gewählt. - Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu überwinden.
- Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
- Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasstrom, für einen Verbrennungsmotor eines Hybrid-Fahrzeugs, wobei das Hybrid-Fahrzeug den Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, oder beispielsweise um ein Motorrad. Der Verbrennungsmotor oder die Verbrennungskraftmaschine (VKM) kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Wankelmotor, ein Dieselmotor oder jede andere denkbare Form eines Antriebaggregats sein, bei dem bei der Reaktion von flüssigem oder gasförmigen Kraftstoff mit Sauerstoff aufgrund der thermodynamischen Randbedingungen und der Gemischbildung gesundheitsschädliche Partikel entstehen. Der Verbrennungsmotor kann mit der Elektromaschine direkt oder über eine Kupplung gekoppelt sein.
- Das Steuerungssystem weist einen Partikelfilter auf und einen Temperatursensor, der im Bereich des Partikelfilters angeordnet ist und der dazu eingerichtet ist, eine Ist-Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen. Alternativ kann die Ist-Temperatur modellbasiert ermittelt werden, welches in einem Steuerungssystem erfolgen kann. Ferner weist das Steuerungssystem eine erste Wärmequelle auf, welche stromaufwärts in dem Abgasstrom angeordnet ist. Weiterhin weist das Steuerungssystem eine Steuerung auf, welche dazu eingerichtet ist, eine Temperaturdifferenz zwischen einer Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters und der Ist-Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen, eine aufzubringende Leistungsdifferenz aus der Temperaturdifferenz zu bestimmen, und die erste Wärmequelle mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz zu beaufschlagen.
- Der Temperatursensor kann innerhalb des Partikelfilters angeordnet sein, er kann stromaufwärts oder stromabwärts in dem Abgasstrom angeordnet sein. Der Temperatursensor kann ein Modell verwenden, um von einer Temperatur des Temperatursensors auf die Temperatur des Partikelfilters zu schließen und dadurch die Ist-Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen. Die Wärmequelle kann als eine einzelne Wärmequelle oder als mehrere Wärmequellen ausgeführt sein. Insbesondere im Fall der einzelnen Wärmequelle kann die Wärmequelle in dem Partikelfilter oder nahe bei dem Partikelfilter stromaufwärts angeordnet sein, also zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Partikelfilter. Die Wärmequelle kann z.B. als eine elektrisch beheizbare Heizscheibe ausgeführt sein.
- Die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters kann beispielsweise bei oder oberhalb von 600°C liegen. Diese Soll-Temperatur kann beispielsweise in der Steuerung als ein konstanter Wert für den Partikelfilter, welchen das Fahrzeug verwendet, eingetragen sein. Die Steuerung bestimmt eine Temperaturdifferenz zwischen der Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters und der Ist-Temperatur des Partikelfilters und bestimmt daraus eine aufzubringende Leistungsdifferenz. Die Steuerung beaufschlagt oder aktiviert dann die erste Wärmequelle, was zu der Beaufschlagung mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz führt.
- Damit wird gewährleistet, dass die Regeneration des Partikelfilters in zuverlässiger Weise durchgeführt wird, wenn dies - beispielsweise mittels eines Überwachungsmoduls des Partikelfilters - als notwendig bestimmt wird. Damit wird verhindert, dass der Partikelfilter verstopft wird. Damit kann die Partikelemission des Fahrzeugs stets in einem erlaubten Bereich gehalten werden, d.h. unabhängig etwa von der Außentemperatur und von der Länge der Fahrstrecke. Die Regeneration kann mittels des Steuerungssystems automatisch ausgeführt werden. Dies kann gewährleisten, dass die Regeneration unabhängig von einem Kommando eines Fahrers oder dem durch den Fahrer vorgegebenen Fahrprofil stattfindet. Dies kann außerdem den Komfort des Fahrers erhöhen, da er diesen Vorgang nicht mehr aktiv, z.B. nach Aufforderung über ein MMI (Maschine-Mensch-Interface) durch die Realisierung eines Fahrprofils - beispielsweise einer Hochlastfahrt auf der Autobahn - herbeiführen muss.
- In einer Ausführungsform wird die Regeneration des Partikelfilters beim Erreichen oder Überschreiten eines vordefinierten Schwellwerts für die Beladung des Partikelfilters ausgelöst. Der Schwellwert kann z.B. bei 90 % oder 95 % der Kapazität des Partikelfilters liegen, wobei 100% Kapazität die Beladung beschreibt, ab der eine weitere Beladung zu einer relevanten Beeinträchtigung der Verbrennungskraftmaschine oder anderen ungewollten, technischen Vorgängen führt.
- In einer Ausführungsform wird die Regeneration des Partikelfilters abhängig vom Ladezustand der Energiequelle des Fahrzeugs, beispielsweise der Autobatterie, ausgelöst. Damit kann sichergestellt werden, dass die Energiequelle des Fahrzeugs zur Versorgung der Wärmequellen einen, z.B. für den Aufheizvorgang, ausreichenden Ladezustand hat.
- In einer Ausführungsform weist das Steuerungssystem weiterhin mindestens eine weitere Wärmequelle auf, wobei die mindestens eine weitere Wärmequelle stromaufwärts in dem Abgasstrom angeordnet ist, und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, wenn die aufzubringende Leistungsdifferenz größer ist als die Leistung der ersten Wärmequelle, die mindestens eine weitere Wärmequelle mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz zu beaufschlagen. Damit kann eine gute Skalierbarkeit der Wärmequellen erreicht werden. Außerdem kann es dadurch ermöglicht werden, dass mindestens eine der Wärmequellen auch für andere Zwecke genutzt werden kann, z.B. für eine Beheizung eines Katalysators.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasstrom für einen Verbrennungsmotor eines Hybrid-Fahrzeugs, wobei das Hybrid-Fahrzeug den Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufweist. Das Steuerungssystem weist einen Partikelfilter auf und mindestens einen Temperatursensor, der im Bereich des Partikelfilters angeordnet ist und der dazu eingerichtet ist, eine Ist-Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen. Weiterhin weist das Steuerungssystem eine Steuerung auf, welche dazu eingerichtet ist, eine Temperaturdifferenz zwischen einer Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters und der Ist-Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen und aus der Temperaturdifferenz eine aufzubringende Leistungsdifferenz zu bestimmen. Der Temperatursensor kann innerhalb des Partikelfilters angeordnet sein, er kann stromaufwärts oder stromabwärts in dem Abgasstrom angeordnet sein. Der Temperatursensor kann ein Modell verwenden, um von einer Temperatur des Temperatursensors auf die Temperatur des Partikelfilters zu schließen und dadurch die Ist-Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen.
- Die Steuerung ist weiterhin dazu eingerichtet, die Elektromaschine des Hybrid-Fahrzeugs in einen Generatorbetrieb zu schalten, so dass durch die Erhöhung der Last des Verbrennungsmotors die Ist-Temperatur des Partikelfilters um die Temperaturdifferenz erhöht wird. Diese Methode, um die Ist-Temperatur des Partikelfilters um die Temperaturdifferenz zu erhöhen, kann sowohl dann gewählt werden, wenn in dem Fahrzeug eine oder mehrere Wärmequellen vorhanden sind, als auch dann, wenn in dem Fahrzeug keine Wärmequelle vorhanden ist. Bei Vorhandensein einer oder mehrerer Wärmequellen können verschiedene Strategien gewählt werden, um die Wärmequelle mit dem Generatorbetrieb zu kombinieren. Beispielsweise kann dem Generatorbetrieb der Elektromaschine eine Präferenz eingeräumt werden, so dass zunächst versucht wird, die Temperaturdifferenz mittels des Generatorbetriebs zu schließen und dass erst anschließend die eine oder mehrere Wärmequellen beaufschlagt werden. Es kann auch der einen oder den mehreren Wärmequellen Präferenz eingeräumt werden, so dass zunächst versucht wird, die Temperaturdifferenz mittels der Wärmequelle zu schließen und dass erst anschließend der Generatorbetrieb gewählt wird. Alternativ kann der Generatorbetrieb parallel zu der Aktivierung der einen oder mehrerer Wärmequellen erfolgen, da dies energetisch vorteilhaft ist, da die Energie nicht in dem Energiespeicher eingetragen bzw. ausgetragen werden muss. Die jeweils gewählte Strategie kann beispielsweise von der Ist-Temperatur des Partikelfilters, dem Ladezustand der Energiequelle des Fahrzeugs und/oder einer Berechnung der resultierenden Gesamtemission abhängig sein.
- In einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, das Beaufschlagen der ersten Wärmequelle und/oder der mindestens einer weiteren Wärmequelle mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz zu unterbrechen, um die thermische Trägheit der Wärmequelle, d.h. der einen oder mehreren Wärmequellen, zu beobachten. Dadurch könnte z.B. ein übermäßiger Stromverbrauch durch die Wärmequelle und/oder ein übermäßiges und/oder unnötiges Erhitzen der Wärmequelle vermieden werden.
- Erfindungsgemäß ist die Steuerung weiterhin dazu eingerichtet, wenn die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters erreicht oder überschritten ist, die Wärmequellen auszuschalten und den Verbrennungsmotor innerhalb eines ersten Temperaturbereichs des Partikelfilters so zu betreiben, dass der Verbrennungsmotor sauerstoffreiches Abgas liefert, und den Verbrennungsmotor innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs des Partikelfilters so zu betreiben, dass der Verbrennungsmotor sauerstoffarmes Abgas liefert.
- Dabei weist erfindungsgemäß der zweite Temperaturbereich eine höhere Temperatur auf als der erste Temperaturbereich. Die Temperaturbereiche können disjunkt sein. Der zweite Temperaturbereich ist erfindungsgemäß so gewählt sein, dass er höher liegt als die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters und insbesondere in einem Temperaturbereich liegt, in dem Maßnahmen eingeleitet werden, um eine Schädigung des Partikelfilters durch lokale Überhitzung beim Abbrand zu vermeiden. Die Maßnahmen weisen in dieser Ausführungsform die Methode auf, den Verbrennungsmotor innerhalb des zweiten Temperaturbereichs so zu betreiben, dass der Verbrennungsmotor sauerstoffarmes Abgas liefert. Der erste Temperaturbereich liegt zwischen der Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters und dem zweiten Temperaturbereich. Innerhalb des ersten Temperaturbereichs wird der Verbrennungsmotor so betrieben, dass der Verbrennungsmotor sauerstoffreiches Abgas liefert.
- Das „sauerstoffarme Abgas“ kann beispielsweise mittels des sogenannten Lambda-Werts (auch Massenverhältnis aus Luft und Brennstoff, Verbrennungsluftverhältnis, Luftverhältnis oder Luftzahl genannt) definiert sein. Dabei ist ein Lambda = 1 das Luftverhältnis, wenn alle Brennstoffmoleküle vollständig mit dem Luftsauerstoff reagieren, ohne dass Sauerstoff fehlt oder unverbrannter Kraftstoff übrigbleibt. Ein Lambda < 1 ist als „sauerstoffarm“ und ein Lambda > 1 als „sauerstoffreich“ definiert. Es kann also in dieser Ausführungsform ein Wechsel des Sauerstoffanteils im Abgas zwischen Werten von Lambda <= 1 und Lambda > 1 stattfinden.
- Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhafterweise nicht nur die Temperatur im Partikelfilter kontrolliert und unter einem Maximalwert gehalten werden und damit eine Überhitzung des Partikelfilters vermieden werden. Es kann darüber hinaus ein Dreiweg-Katalysator in dem Fahrzeug dadurch möglichst lange im Konvertierungsfenster, d.h. im Bereich einer funktionalen oder gar optimalen Temperatur, betrieben werden.
- In einer Ausführungsform ist die Steuerung weiterhin dazu eingerichtet, wenn die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters erreicht oder überschritten ist und die Elektromaschine ein gesamtes angefordertes Drehmoment aufbringen kann, den Verbrennungsmotor in einem Schleppbetrieb oder in einem Standbetrieb zu betreiben. Wenn also die Temperatur hoch genug ist, um die Regeneration zu betreiben, dann kann der Verbrennungsmotor „abgeschaltet“ werden, d.h. insbesondere nicht mehr mit Kraftstoff versorgt werden. Dies führt, abhängig von der Art der gewählten Kopplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine, dazu, dass der Verbrennungsmotor in dem Schleppbetrieb betrieben wird, wenn Verbrennungsmotor und Elektromaschine gekoppelt sind. Wenn Verbrennungsmotor und Elektromaschine nicht gekoppelt sind, wird der Verbrennungsmotor in dem Standbetrieb betrieben. Dadurch kann der Abgasstrom deutlich reduziert sein.
- In einer Ausführungsform ist die Steuerung weiterhin dazu eingerichtet, wenn die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters unterschritten wird, eine resultierende Leistungsdifferenz aus einer resultierenden Temperaturdifferenz zwischen der Soll-Temperatur und einer resultierenden Ist-Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen, den Schleppbetrieb oder den Standbetrieb des Verbrennungsmotors zu beenden, und die Elektromaschine des Hybrid-Fahrzeugs in einen Generatorbetrieb zu schalten, so dass durch die Erhöhung der Last des Verbrennungsmotors die resultierende Ist-Temperatur des Partikelfilters um die resultierende Temperaturdifferenz erhöht wird. In einem Fall, wenn die Soll-Temperatur unterschritten und damit die Regeneration des Partikelfilters unterbrochen wird, wird der Verbrennungsmotor wieder „eingeschaltet“ - obwohl der Verbrennungsmotor für den Vortrieb des Fahrzeugs nicht zwingend benötigt wird - und die Elektromaschine wird in den Generatorbetrieb geschaltet. Dies geschieht in einer Weise, dass die resultierende Ist-Temperatur des Partikelfilters um die resultierende Temperaturdifferenz erhöht wird. Damit wird vorteilhafterweise nur eine geringe Erhöhung der Emission des Verbrennungsmotors verursacht; es kann sich dabei um die minimal nötige Emission handeln, die zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit des Partikelfilters erforderlich ist.
- Erfindungsgemäß ist die Steuerung weiterhin dazu eingerichtet, wenn eine vordefinierte Emission überschritten ist, die Regeneration eines Partikelfilters zu unterbrechen. Dieser Modus kann beispielsweise gewählt werden, wenn eine bestimmte Umweltsituation z.B. eine Null-Emission erfordert.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasstrom für einen Verbrennungsmotor eines Hybrid-Fahrzeugs, wobei das Hybrid-Fahrzeug den Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufweist, mit den Schritten:
- - Bestimmen, mittels eines Temperatursensors, der im Bereich des Partikelfilters angeordnet ist, oder/und eines Temperaturmodells einer Temperaturdifferenz zwischen einer Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters und einer Ist-Temperatur des Partikelfilters;
- - Bestimmen, mittels einer Steuerung, einer aufzubringenden Leistungsdifferenz aus der Temperaturdifferenz;
- - Beaufschlagen einer ersten Wärmequelle mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz, wobei die erste Wärmequelle stromaufwärts des Partikelfilters in dem Abgasstrom angeordnet ist;
- - Wenn die aufzubringende Leistungsdifferenz größer ist als die die Leistung der ersten Wärmequelle, beaufschlagen mindestens einer weiteren Wärmequelle mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz, wobei die mindestens eine weitere Wärmequelle stromaufwärts der ersten Wärmequelle in dem Abgasstrom angeordnet ist.
- Ein weiterer nicht beanspruchter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasstrom für einen Verbrennungsmotor eines Hybrid-Fahrzeugs, wobei das Hybrid-Fahrzeug den Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufweist, mit den Schritten:
- - Bestimmen, mittels eines Temperatursensors, der im Bereich des Partikelfilters angeordnet ist, einer Temperaturdifferenz zwischen einer Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters und einer Ist-Temperatur des Partikelfilters;
- - Bestimmen, mittels einer Steuerung, einer aufzubringenden Leistungsdifferenz aus der Temperaturdifferenz;
- - Wenn die aufzubringende Leistungsdifferenz größer ist als die Leistung der ersten Wärmequelle, schalten der Elektromaschine des Hybrid-Fahrzeugs in einen Generatorbetrieb, so dass durch die Erhöhung der Last des Verbrennungsmotors die Ist-Temperatur des Partikelfilters um die Temperaturdifferenz erhöht wird.
- Erfindungsgemäß weisen die genannten Verfahren folgenden weiteren Schritt auf:
- - Wenn die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters erreicht oder überschritten ist, betreiben des Verbrennungsmotors innerhalb eines ersten Temperaturbereichs, so dass der Verbrennungsmotor sauerstoffreiches Abgas liefert, und betreiben des Verbrennungsmotors innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs, so dass der Verbrennungsmotor sauerstoffarmes Abgas liefert;
- In einer Ausführungsform weist eines der genannten Verfahren folgenden weiteren Schritt auf:
- - Wenn die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters erreicht oder überschritten ist und die Elektromaschine ein gesamtes angefordertes Drehmoment aufbringen kann, betreiben des Verbrennungsmotors in einem Schleppbetrieb oder in einem Standbetrieb.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Steuerung wie oben und/oder im Folgenden erläutert ausgeführt wird, die Steuerung anleitet, die Schritte eines der oben erläuterten Verfahren durchzuführen.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das genannte Programmelement gespeichert ist.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines Steuerungssystems wie oben und/oder im Folgenden erläutert, oder eines Verfahrens wie oben und/oder im Folgenden erläutert, zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgasstrom für einen Verbrennungsmotor eines Hybrid-Fahrzeugs.
- Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.
- Dabei zeigt:
-
1 ein Fahrzeug mit einem Steuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 ein Flussdiagramm mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
1 zeigt ein Fahrzeug30 mit einem Steuerungssystem. Das Fahrzeug30 ist als ein Hybrid-Fahrzeug ausgeführt. Das Hybrid-Fahrzeug30 weist einen Verbrennungsmotor31 und eine Elektromaschine32 auf, die mittels eines Kopplungselements35 gekoppelt sind. Das Kopplungselement35 kann starr ausgeführt sein oder eine Kupplung aufweisen, um den Verbrennungsmotor31 und die Elektromaschine32 bei Bedarf zu trennen. Der Verbrennungsmotor31 weist einen Abgasstrom36 auf, wobei das Abgas, in Pfeilrichtung, zu einem Partikelfilter20 strömt. Zwischen dem Verbrennungsmotor31 und dem Partikelfilter20 sind eine erste Wärmequelle21 und eine weitere Wärmequelle22 angeordnet. Die weitere Wärmequelle22 kann mehrere weitere Wärmequellen22 aufweisen. Die erste Wärmequelle21 ist stromaufwärts in dem Abgasstrom36 , in direkter Nähe zu dem Partikelfilter20 , angeordnet. Die weitere Wärmequelle22 ist weiter stromaufwärts als die erste Wärmequelle21 in dem Abgasstrom36 angeordnet. Im Bereich des Partikelfilters20 ist ein Temperatursensor25 angeordnet. Der Temperatursensor25 liefert eine Ist-Temperatur Ti des Partikelfilters20 an eine Steuerung15 . Die Steuerung15 ist dazu eingerichtet, die Wärmequellen21 und22 und den Verbrennungsmotor31 und die Elektromaschine32 zu steuern. - In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Fahrzeug keine der Wärmequellen
21 und22 aufweisen. -
2 zeigt ein Flussdiagramm100 mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren startet mit einem Schritt101 . In einem Schritt102 wird überprüft, ob eine Beladung des Partikelfilters20 des Fahrzeugs30 (siehe1 ) einen Schwellwert erreicht oder überschritten hat. Der Schwellwert kann z.B. 90 % oder 95 % der maximalen Beladung des Partikelfilters20 betragen. Liegt die Beladung unterhalb des Schwellwerts, wird in einem Schritt103 das Verfahren beendet. Andernfalls wird in einem Schritt104 , mittels eines Temperatursensors25 , der im Bereich des Partikelfilters20 angeordnet ist, eine Temperaturdifferenz Td, zwischen einer Soll-Temperatur Ts für die Regeneration des Partikelfilters20 und einer Ist-Temperatur Ti des Partikelfilters20 , bestimmt und daraus, mittels der Steuerung15 , eine aufzubringende Leistungsdifferenz Pd aus der Temperaturdifferenz Td bestimmt. - In einem Schritt
105 wird überprüft, ob in dem Fahrzeug30 mindestens eine Wärmequelle21 vorhanden ist. Wenn ja, wird in einem Schritt106 die erste Wärmequelle21 mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz Pd beaufschlagt. In einem Schritt107 wird überprüft, ob die Leistung der ersten Wärmequelle21 ausreichend ist, um die aufzubringende Leistungsdifferenz Pd vollständig aufzubringen. Wenn ja, dann wird allein durch diese Maßnahme die Soll-Temperatur Ts für die Regeneration des Partikelfilters20 erreicht oder überschritten, in einem Schritt111 . Reicht die Leistung der ersten Wärmequelle21 nicht aus, dann wird, in einem Schritt108 , überprüft, ob eine oder mehrere weitere Wärmequellen22 vorhanden sind. Wenn ja, dann werden die eine oder mehrere weitere Wärmequellen22 , je nach Bedarf, beaufschlagt, bis die aufzubringende Leistungsdifferenz Pd vollständig aufgebracht ist. Sind keine weiteren Wärmequellen vorhanden, wird zu einem Schritt110 verzweigt. Zu dem Schritt110 wird auch dann verzweigt, von dem Schritt105 aus, wenn in dem Fahrzeug30 keine Wärmequellen vorhanden sind. In dem Schritt110 wird die Elektromaschine32 des Hybrid-Fahrzeugs30 in einen Generatorbetrieb geschaltet, so dass durch die Erhöhung der Last des Verbrennungsmotors31 die Ist-Temperatur Ti des Partikelfilters20 um die Temperaturdifferenz Td erhöht wird. Da in dem Schritt111 die Temperatur hoch genug ist, um die Regeneration des Partikelfilters20 zu betreiben, kann der Generatorbetrieb und/oder die Wärmequellen abgeschaltet werden. - In einem Schritt 112 wird überprüft, ob die Elektromaschine
32 das gesamtes Drehmoment, das für die Fortbewegung es Fahrzeugs30 erforderlich ist, aufbringen kann. Ist dies der Fall, wird in einen Schritt 116 verzweigt. In dem Schritt 116 wird der Verbrennungsmotor31 „abgeschaltet“, d.h. insbesondere nicht mehr mit Kraftstoff versorgt. Dies führt, abhängig von der Art der gewählten Kopplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine, dazu, dass der Verbrennungsmotor in einem Schleppbetrieb betrieben wird, wenn Verbrennungsmotor und Elektromaschine gekoppelt sind. Wenn Verbrennungsmotor und Elektromaschine nicht gekoppelt sind, wird der Verbrennungsmotor in einem Standbetrieb betrieben. - Wenn die Elektromaschine
32 nicht das gesamtes Drehmoment aufbringen kann, dann wird, von dem Schritt112 , in einen Schritt113 verzweigt. In dem Schritt113 wird überprüft, ob sich der Partikelfilter20 in einem zweiten TemperaturbereichT2 befindet. Der zweite TemperaturbereichT2 kann z.B. so gewählt sein, dass er höher liegt als die Soll-Temperatur für die Regeneration des Partikelfilters20 und insbesondere in einem Temperaturbereich liegt, in dem Maßnahmen eingeleitet werden, um eine Schädigung des Partikelfilters20 durch lokale Überhitzung beim Abbrand zu vermeiden. Innerhalb des zweiten TemperaturbereichsT2 wird, in einem Schritt114 , der Verbrennungsmotor31 so betrieben, dass dieser sauerstoffarmes Abgas liefert. Liegt die Temperatur des Partikelfilters20 nicht in dem zweiten Temperaturbereich, dann liegt die Temperatur in dem ersten TemperaturbereichT1 und es wird in einen Schritt115 verzweigt. Der erste TemperaturbereichT1 liegt zwischen der Soll-Temperatur Ts für die Regeneration des Partikelfilters20 (siehe Schritt111 ) und dem zweiten TemperaturbereichT2 . In dem Schritt115 , innerhalb des ersten TemperaturbereichsT1 , wird der Verbrennungsmotor so betrieben, dass der Verbrennungsmotor31 sauerstoffreiches Abgas liefert. - Nach den Schritten
114 ,115 ,116 wird, in einem Schritt117 überprüft, ob die Beladung des Partikelfilters20 ausreichend verringert wurde. Wenn nein, wird weiter zu dem Schritt112 verzweigt. Wenn ja, wird in einem Schritt118 das Verfahren beendet. Nach der Beendigung des Verfahrens in Schritt103 oder118 kann das Verfahren wieder in dem Schritt101 gestartet werden. In einer Ausführungsform findet, in einem Normalbetrieb des Fahrzeugs30 , eine Wiederholung, insbesondere eine regelmäßige Wiederholung, des Verfahrens statt. - Teile des genannten Verfahrens können auch in Fahrzeugen verwendet werden, welche nur einen Verbrennungsmotor aufweisen und keine Hybrid-Fahrzeuge sind.
- Bezugszeichenliste
-
- 15
- Steuerung
- 20
- Partikelfilter
- 21
- erste Wärmequelle
- 22
- weitere Wärmequelle
- 25
- Temperatursensor
- 30
- Fahrzeug, Hybrid-Fahrzeug
- 31
- Verbrennungsmotor
- 32
- Elektromaschine
- 35
- Kopplungselement
- 36
- Abgasstrom
- 100
- Flussdiagramm
- 101 - 118
- Schritte
- T1, T2
- erster und zweiter Temperaturbereich
Claims (10)
- Steuerungssystem zur Regeneration eines Partikelfilters (20) in einem Abgasstrom (36), für einen Verbrennungsmotor (31) eines Hybrid-Fahrzeugs (30), wobei das Hybrid-Fahrzeug (30) den Verbrennungsmotor (31) und eine Elektromaschine (32) aufweist, das Steuerungssystem aufweisend: einen Partikelfilter (20), einen Temperatursensor (25), der im Bereich des Partikelfilters (20) angeordnet ist und der dazu eingerichtet ist, eine Ist-Temperatur (Ti) des Partikelfilters (20) zu bestimmen, eine erste Wärmequelle (21), welche stromaufwärts in dem Abgasstrom (36) angeordnet ist, und eine Steuerung (15), welche dazu eingerichtet ist, eine Temperaturdifferenz (Td) zwischen einer Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) und der Ist-Temperatur (Ti) des Partikelfilters (20) zu bestimmen, eine aufzubringende Leistungsdifferenz (Pd) aus der Temperaturdifferenz (Td) zu bestimmen, und die erste Wärmequelle (21) mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz (Pd) zu beaufschlagen, wobei die Steuerung (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, wenn die Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) erreicht oder überschritten ist, die erste Wärmequelle auszuschalten und den Verbrennungsmotor (31) innerhalb eines ersten Temperaturbereichs (T1) so zu betreiben, dass der Verbrennungsmotor (31) sauerstoffreiches Abgas liefert, und den Verbrennungsmotor (31) innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs (T2) so zu betreiben, dass der Verbrennungsmotor (31) sauerstoffarmes Abgas liefert, wobei der zweite Temperaturbereich (T2) höher liegt als die Soll-Temperatur und, wobei der erste Temperaturbereich (T1) zwischen der Soll-Temperatur und dem zweiten Temperaturbereich liegt, wobei die Steuerung (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, wenn eine vordefinierte Emission überschritten ist, die Regeneration des Partikelfilters (20) zu unterbrechen.
- Steuerungssystem nach
Anspruch 1 , weiterhin aufweisend: mindestens eine weitere Wärmequelle (22), wobei die mindestens eine weitere Wärmequelle (22) stromaufwärts in dem Abgasstrom (36) angeordnet ist, wobei die Steuerung (15) dazu eingerichtet ist, wenn die aufzubringende Leistungsdifferenz (Pd) größer ist als die Leistung der ersten Wärmequelle (21), die mindestens eine weitere Wärmequelle (22) mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz (Pd) zu beaufschlagen. - Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (15) dazu eingerichtet ist, das Beaufschlagen der ersten Wärmequelle (21) und/oder der mindestens einer weiteren Wärmequelle (22) mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz (Pd) zu unterbrechen, um die thermische Trägheit der Wärmequellen (21, 22) zu beobachten.
- Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, wenn die Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) erreicht oder überschritten ist und die Elektromaschine (32) ein gesamtes angefordertes Drehmoment aufbringen kann, den Verbrennungsmotor (31) in einem Schleppbetrieb oder in einem Standbetrieb zu betreiben.
- Steuerungssystem nach
Anspruch 4 , wobei die Steuerung (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, wenn die Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) unterschritten wird, eine resultierende Leistungsdifferenz (Pr) aus einer resultierenden Temperaturdifferenz (Tr) zwischen der Soll-Temperatur (Ts) und einer resultierenden Ist-Temperatur (Tj) des Partikelfilters (20) zu bestimmen, den Schleppbetrieb oder den Standbetrieb des Verbrennungsmotors (31) zu beenden, und die Elektromaschine (32) des Hybrid-Fahrzeugs (30) in einen Generatorbetrieb zu schalten, so dass durch die Erhöhung der Last des Verbrennungsmotors (31) die resultierende Ist-Temperatur (Tj) des Partikelfilters (20) um die resultierende Temperaturdifferenz (Tr) erhöht wird. - Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (20) in einem Abgasstrom (36) für einen Verbrennungsmotor (31) eines Hybrid-Fahrzeugs (30), wobei das Hybrid-Fahrzeug (30) den Verbrennungsmotor (31) und eine Elektromaschine (32) aufweist, mit den Schritten: - Bestimmen, mittels eines Temperatursensors (25), der im Bereich des Partikelfilters (20) angeordnet ist, einer Temperaturdifferenz (Td) zwischen einer Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) und einer Ist-Temperatur (Ti) des Partikelfilters (20); - Bestimmen, mittels einer Steuerung (15), einer aufzubringenden Leistungsdifferenz (Pd) aus der Temperaturdifferenz (Td); - Beaufschlagen einer ersten Wärmequelle (21) mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz (Pd), wobei die erste Wärmequelle (21) stromaufwärts in dem Abgasstrom (36) angeordnet ist; - Wenn die aufzubringende Leistungsdifferenz (Pd) größer ist als die Leistung der ersten Wärmequelle (21), beaufschlagen mindestens einer weiteren Wärmequelle (22) mit der aufzubringenden Leistungsdifferenz (Pd), wobei die mindestens eine weitere Wärmequelle (22) stromaufwärts in dem Abgasstrom (36) angeordnet ist; - Wenn die Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) erreicht oder überschritten ist, ausschalten der Wärmequellen und betreiben des Verbrennungsmotors (31) innerhalb eines ersten Temperaturbereichs (T1), so dass der Verbrennungsmotor (31) sauerstoffreiches Abgas liefert, und betreiben des Verbrennungsmotors (31) innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs (T2), so dass der Verbrennungsmotor (31) sauerstoffarmes Abgas liefert, wobei der zweite Temperaturbereich (T2) höher liegt als die Soll-Temperatur und, wobei der erste Temperaturbereich (T1) zwischen der Soll-Temperatur und dem zweiten Temperaturbereich liegt, wobei die Steuerung (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, wenn eine vordefinierte Emission überschritten ist, die Regeneration des Partikelfilters (20) zu unterbrechen.
- Verfahren nach
Anspruch 6 , mit dem weiteren Schritt: - Wenn die Soll-Temperatur (Ts) für die Regeneration des Partikelfilters (20) erreicht oder überschritten ist und die Elektromaschine (32) ein gesamtes angefordertes Drehmoment aufbringen kann, betreiben des Verbrennungsmotors (31) in einem Schleppbetrieb oder in einem Standbetrieb. - Programmelement, das, wenn es auf einer Steuerung (15) ausgeführt wird, die Steuerung (15) anleitet, die Schritte des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 6 bis7 durchzuführen. - Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gemäß
Anspruch 8 gespeichert ist. - Verwendung eines Steuerungssystems nach einem der
Ansprüche 1 bis5 oder eines Verfahrens nach einem derAnsprüche 6 bis7 zur Regeneration eines Partikelfilters (20) in einem Abgasstrom (36), für einen Verbrennungsmotor (31) eines Hybrid-Fahrzeugs (30) .
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