DE102019102054A1

DE102019102054A1 - Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102019102054A1
Application number: DE102019102054.9A
Authority: DE
Inventors: Jakob Andert; Joschka Schaub; Giovanni Vagnoni; Andreas Hartmann
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2019-03-21
Also published as: DE102018102029A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Kraftfahrzeuges, umfassend die Schritte des Vorhersagens einer Strecke aufgrund von in einer Steuereinrichtung hinterlegter Parameter, des Berechnens von erwarteten Ratingfaktoren G über die zu fahrende Strecke nach der Formel:

G = {\begin{array}{l} x \geq x_{k r i t} & G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + y \\ x < x_{k r i t} {\begin{cases} G (t_{n - 1}) \geq 0 \\ G (t_{n - 1}) < 0 \end{cases} & \begin{array}{l} G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) - z \\ G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + 0 \end{array} \end{array},

wobei für eine Variable x und einen dazugehörigen Grenzwert x_krit fahrtabhängige Parameter verwendet werden und wobei t_n eine Laufvariable der Zeit ist, und des Planens eines Startzeitpunktes der Regenerierung, wobei der Startzeitpunkt ein Beginn eines Zeitfensters (T_Fenster) vorgegebener Zeit (t_Reg.) ist, bei welchem die berechneten Ratingfaktoren G über das Zeitfenster (T_Fenster) oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (G_Grenz) liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Kraftfahrzeuges und eine Steuereinrichtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens.
Aus der DE102004005072A1 ist ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage bekannt, bei welchem einer Steuereinrichtung die Fahrstrecke betreffende Informationsdaten zugeführt werden, aufgrund derer eine Regeneration gesteuert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Kraftfahrzeuges umfasst die Schritte des Vorhersagens einer Strecke aufgrund von in einer Steuereinrichtung hinterlegter Parameter, und des Berechnens von erwarteten Ratingfaktoren G über die zu fahrende Strecke nach der Formel: $G = {\begin{array}{l} x \geq x_{k r i t} & G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + y \\ x < x_{k r i t} {\begin{cases} G (t_{n - 1}) \geq 0 \\ G (t_{n - 1}) < 0 \end{cases} & \begin{array}{l} G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) - z \\ G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + 0 \end{array} \end{array},$
wobei für eine Variable x und einen dazugehörigen Grenzwert x_krit fahrtabhängige Parameter verwendet werden und wobei t_n eine Laufvariable der Zeit ist. Darüber hinaus umfasst das Verfahren den Schritt des Planens eines Startzeitpunktes der Regenerierung, wobei der Startzeitpunkt ein Beginn eines Zeitfensters vorgegebener Zeit ist, bei welchem die berechneten Ratingfaktoren G über das Zeitfenster oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes G_Grenz liegen, oder wobei als Startzeitpunkt ein Zeitpunkt innerhalb eines Zeitbereiches gewählt wird, in dem die berechneten Ratingfaktoren G oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (G_Grenz ) liegen und in dem ein für die vorhergesagte Strecke maximaler Ratingfaktor (G_max ) erzielt wird
Für eine Regeneration ist es notwendig, dass die zu regenerierenden Komponenten über eine bestimmte Zeit eine für die Regeneration notwendige Mindesttemperatur nicht unterschreiten. Bei Unterschreiten dieser Temperatur muss eine Regeneration in der Regel abgebrochen werden. Das Verfahren nach der Erfindung hat die Vorteile, dass eine Regeneration der Komponenten mit weniger Abbrüchen durchgeführt werden kann. Da jede Regeneration mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch verbunden ist, kann durch eine Reduzierung der Abbrüche CO₂ eingespart werden. Des Weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren für den Fall, dass auf der voraussichtlichen Strecke eine Regeneration erforderlich ist, dass die Regeneration zu einem vorteilhaften Zeitpunkt zumindest teilweise durchgeführt wird, auch wenn es kein Zeitfenster geben sollte, in dem eine vollständige Regeneration möglich ist.
Als zu regenerierende Komponenten wird beispielsweise ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder eine Mager NOx Falle (LNT) verstanden. Bei der Regeneration wird der Dieselpartikelfilter von dem Ruß und die Mager NOx Falle von dem NOx oder von dem SOx befreit.
Die Werte y und/oder z können fest vorgegebene konstante Werte sein. Bevorzugt ist, dass die Werte y und z Funktionswerte einer Funktion sind. Die Funktion ist vorzugsweise abhängig von einer Beladung des LNT und/oder DPFs, von der Ruß und/oder NOx - Ablagerung und der Verbrennungsrate, und/oder der LNT und/oder DPF-Temperatur, die vorteilhafterweise stromabwärts vorliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Regenerierung bei einem ersten Zeitfenster vorgenommen. Dadurch wird eine Regenerierung möglichst früh vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass eine Regenerierung relativ planmäßig stattfinden kann, so dass eine Regenerierung nicht auf spätere Fahrten verschoben werden muss.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Regenerierung vorgenommen bei einem Zeitfenster, bei welchem nach Ablauf der vorgegebenen Zeit ein für die vorhergesagte Strecke maximaler Ratingfaktor G erzielt wird. Dadurch wird ein Zeitfenster ausgewählt, für den die Wahrscheinlichkeit eines Abbruches der Regeneration innerhalb der vorhergesagten Strecke sehr gering ist. Dadurch kann CO₂ eingespart werden.
Alternativ wird eine Regenerierung vorgenommen bei einem Zeitfenster, bei welchem eine durchschnittliche Steigung der berechneten Ratingfaktoren G über eine vorgegebene Zeit maximal wird. Auch hier wird ein Zeitfenster ermittelt, für das eine geringe Abbruchwahrscheinlichkeit besteht, so dass CO₂ eingespart werden kann.
Vorzugsweise wird für die Variable x eine Fahrzeuggeschwindigkeit v, eine aktuelle Fahrzeugleistung P oder ein Motordrehmoment M verwendet. Für die Fahrzeuggeschwindigkeit könnte dabei beispielsweise ein Wert von 105 oder 110 km/h gewählt werden. Durch Auswertung dieser Parameter kann eine Vorhersage über die weitere Fahrt getroffen werden. Dadurch ist es möglich eine genauere Vorhersage zu treffe, ob eine Regenerierung abgebrochen werden muss oder nicht. Zudem kann der günstigste Bereich für eine Regeneration besser ausgewählt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Wert für die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst wird, wobei der Wert für die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit über die voraussichtlich zu fahrende Strecke so lange reduziert wird, bis eine durchschnittliche Steigung des Ratingfaktors G wenigstens die vorgegebene Zeit ansteigt. Es kann somit ausreichend Zeit für eine Regeneration zu Verfügung gestellt werden. Dadurch ist eine Abbruchwahrscheinlichkeit der Regenerierung wesentlich reduziert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in der Steuereinrichtung eine Zieleingabe eines Navigationssystems für die Vorhersage einer zu fahrenden Strecke genutzt. Dadurch kann eine bessere Vorhersage der zu fahrenden Strecke gemacht werden, wodurch eine bessere Planung mit weniger Abbrüchen möglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine zu fahrende Strecke anhand von in der Steuereinrichtung hinterlegten gewöhnlich gefahrenen Strecken, bestimmt. Diese Strecken werden beispielsweise anhand von Uhrzeit und Wochentag hinterlegt, so dass anhand dieser Daten ein Gewohnheitsprofil erstellbar ist, über welches Strecken vorhersagbar sind. Dadurch ist es möglich noch besser die zu fahrende Strecke vorherzusagen.
Vorteilhafterweise werden verkehrsabhängige Parameter in die Planung einbezogen. Solche verkehrsabhängigen Parameter können beispielsweise Staus, Streckensperrungen oder Baustellen sein. Diese Informationen können entweder über den Verkehrsfunk (z.B. Traffic Message Channel) oder über das Mobile Internet empfangen werden. Dadurch können Streckenbereiche mit einkalkuliert werden, bei welchen es wahrscheinlich zu einem Abbruch der Regeneration kommt. Dadurch können Abbrüche der Regeneration reduziert und damit eine CO₂-Emission vermindert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für die Variable y ein kleinerer Wert als für die Variable z gewählt. Dadurch können lange Phasen mit einem überkritischen Wert besser vorhergesagt werden. Es wird somit eine Wertigkeit eingeführt, bei welchem ein unterkritischer Bereich höher gewertet wird als ein überkritischer Bereich. Beispielsweise kann für y ein Wert 1 und für x ein Wert von 2 verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung ist eine Steuereinrichtung eingerichtet das Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage durchzuführen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren der bevorzugten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt

1 Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
2 Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
3 Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, und
4 Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Die 1 zeigt einen vorhergesagten Verlauf eines Ratingfaktors G für Strecke aufgrund von in einer Steuereinrichtung hinterlegter Parameter. Diese Parameter können dabei über eine Zieleingabe eines Navigationssystems, von in der Steuereinrichtung hinterlegten gewöhnlich gefahrenen Strecken und/oder verkehrsabhängigen Parametern bestimmt werden. Der Ratingfaktor G wird dabei anhand eines Parameters x_krit, welcher beispielsweise eine Geschwindigkeit v, eine aktuelle Fahrzeugleistung P oder ein Motordrehmoment M ist, aus der Formel $G = {\begin{array}{l} x \geq x_{k r i t} & G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + y \\ x < x_{k r i t} {\begin{cases} G (t_{n - 1}) \geq 0 \\ G (t_{n - 1}) < 0 \end{cases} & \begin{array}{l} G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) - z \\ G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + 0 \end{array} \end{array},$
berechnet. Der Wert t_n ist dabei eine Laufvariable der Zeit innerhalb der vorhergesagten Strecke. Der Wert t_n-1 ist der dazugehörige vorherige Zeitwert zu t_n . In 1 ist ein Grenzwert G_Grenz eingezeichnet, oberhalb dessen eine Regeneration überhaupt erst möglich ist. Für die Regeneration wird ein Zeitfenster T_Fenster mit einer vorgegebenen Zeit t_Reg . angenommen, welches notwendig ist, um die Regeneration vollständig abschließen zu können. Innerhalb dieses Fensters T_Fenster muss der Ratingfaktor G dauerhaft oberhalb des Grenzwertes G_Grenz liegen. Für den in 1 über die Zeit t aufgetragenen Verlauf des Ratingfaktors G ergeben sich somit drei mögliche Zeitfenster T_Fenster , in denen eine Regeneration möglich ist. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird dabei eine Regeneration direkt bei dem ersten Zeitfenster T_Fenster durchgeführt. Dadurch kann verhindert werden, dass bei einer Abweichung des tatsächlichen Verlaufs des Ratingfaktors G, nach dem ersten Zeitfenster T_Fenster , bei welchem keine weiteren geeigneten Zeitfenster mehr kommen, trotz alledem eine Regeneration stattfinden konnte.
Die Werte y und/oder z können fest vorgegebene konstante Werte sein, beispielsweise y=1 und z=2. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Werte y und z Funktionswerte einer parameterabhängigen Funktion. Die Funktion ist vorzugsweise abhängig von einer Beladung des LNT und/oder DPFs, von der Ruß und/oder NOx - Ablagerung und der Verbrennungsrate, und/oder der LNT und/oder DPF-Temperatur, die vorteilhafterweise stromabwärts vorliegt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann anstelle des ersten Zeitfensters T_Fenster auch ein zweites mögliches Zeitfenster T_Fenster verwendet werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich die Komponenten über einen ausreichend langen Zeitraum aufheizen konnten.
2 zeigt denselben vorhergesagten Verlauf eines Ratingfaktors G wie in 1. Bei dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel wird anstelle des ersten Zeitfensters T_Fenster ein Zeitfenster T_Fenster verwendet, bei welchem der Ratingfaktor G oberhalb von G_Grenz liegt, und bei welchem nach Ablauf der vorgegebenen Zeit t_Reg . ein für die vorhergesagte Strecke maximaler Ratingfaktor G_max erzielt wird. Dadurch kann ein Bereich für die Regeneration bestimmt werden, bei welchem mit den wenigsten Abbrüchen gerechnet werden muss.
In 3 ist der gleiche Verlauf des Ratingfaktors G wie in 1 und 2 gezeigt. Im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel das für die Regeneration bestimmte Zeitfenster T_Fenster , bei welchem der Ratingfaktor G oberhalb von G_Grenz liegt, derart gewählt, dass eine durchschnittliche Steigung $\frac{Δ G}{Δ t}$
der berechneten Ratingfaktoren G, für dieses Zeitfenster T_Fenster von allen geeigneten Zeitfenstern T_Fenster , maximal ist. Das sich hierbei ergebende für die Regeneration optimale Zeitfenster T_Fenster unterscheidet sich dabei von den in den ersten beiden Ausführungsbeispielen ermittelten Zeitfenstern T_Fenster .
4 zeigt ein Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In dieser Figur wird anhand einer Anpassung des Wertes x_krit gezeigt, wie sich der Verlauf des Ratingfaktors G verändert. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Wert für x die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges angenommen. In anderen Ausführungsbeispielen ist aber auch die Verwendung von der aktuellen Fahrzeugleistung P oder des Motordrehmoments M denkbar. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird für x_krit einmal eine Fahrzeuggeschwindigkeit v von 110km/h und einmal eine Geschwindigkeit von 105 km/h angenommen. Dabei ist ersichtlich, dass sich für die Geschwindigkeit v von 110km/h kein mögliches Zeitfenster T_Fenster für eine Regeneration ergibt. Bei einer Geschwindigkeit von 105 km/h dahingegen ergibt sich wenigstens ein ausreichend großes Zeitfenster T_Fenster innerhalb dessen eine Regeneration möglich ist. Durch eine solche Anpassung, kann für die vorgegebene voraussichtlich zu fahrende Strecke jeweils der optimale Bereich für eine Regeneration gefunden werden. Eine solche Anpassung der Geschwindigkeit v kann in dem Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage von der Steuereinrichtung vorgenommen werden. Das in 4 gezeigte Zeitfenster T_Fenster ist wie in Ausführungsbeispiel zwei derart gewählt, dass am Ende des Zeitfensters ein maximaler Ratingfaktor G_max erzielt wird.
Gemäß einer Variante steht über die geplante Strecke kein Zeitfenster zur Verfügung, in dem die Bedingung G> G_Grenz erfüllt ist und innerhalb dessen eine vollständige Regeneration durchführbar ist. In diesem Falle wird als Startzeitpunkt ein Zeitpunkt innerhalb eines Zeitbereiches gewählt wird, in dem die berechneten Ratingfaktoren G oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (G_Grenz ) liegen und in dem ein für die vorhergesagte Strecke maximaler Ratingfaktor (G_max ) erzielt wird. Dies ist vorteilhaft, da der Zeitbereich, in dem G sein Maximum hat, in der Regel der Zeitbereich ist, in dem G am längsten über dem Grenzwert liegt, wodurch die Regeneration mit möglichst wenigen Unterbrechungen durchgeführt werden kann. Die Regeneration wird vorzugsweise an dem Zeitpunkt gestartet, an dem G den Grenzwert überschreitet. Dies ermöglicht es, den gesamten Zeitbereich, solange G größer ist als G_Grenz , auszunutzen. Die Regeneration kann in einem folgenden Zeitbereich, in dem G größer als der Grenzwert ist, fortgesetzt werden. Die Wahl des Zeitbereichs kann aufgrund von zeitlichen Kriterien oder eines Effizienzkriteriums gewählt werden. Beispielsweise kann der darauffolgende Zeitbereich gewählt werden, um die Regeneration möglichst schnell abzuschließen, oder ein Zeitbereich, der eine möglichst vollständige Regeneration oder den Abschluss der Regeneration ermöglicht.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist es ebenso denkbar, den Wert für die beispielsweise kritische Geschwindigkeit so lange zu reduzieren, bis eine durchschnittliche Steigung $\frac{Δ G}{Δ t}$
des Ratingfaktors G wenigstens die vorgegebene Zeit t_Reg. ansteigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004005072 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Kraftfahrzeuges, umfassend die Schritte: - Vorhersage einer Strecke aufgrund von in einer Steuereinrichtung hinterlegter Parameter, - Berechnen von erwarteten Ratingfaktoren G über die zu fahrende Strecke nach der Formel: $G = {\begin{array}{l} x \geq x_{k r i t} & G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + y \\ x < x_{k r i t} {\begin{cases} G (t_{n - 1}) \geq 0 \\ G (t_{n - 1}) < 0 \end{cases} & \begin{array}{l} G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) - z \\ G (t_{n}) = G (t_{n - 1}) + 0 \end{array} \end{array},$
- wobei für eine Variable x und einen dazugehörigen Grenzwert x_krit fahrtabhängige Parameter verwendet werden und wobei t_n eine Laufvariable der Zeit ist, und - Planen eines Startzeitpunktes der Regenerierung, wobei der Startzeitpunkt ein Beginn eines Zeitfensters (T_Fenster) vorgegebener Zeit (t_Reg.) ist, bei welchem die berechneten Ratingfaktoren G über das Zeitfenster (T_Fenster) oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (G_Grenz) liegen, oder wobei als Startzeitpunkt ein Zeitpunkt innerhalb eines Zeitbereiches gewählt wird, in dem die berechneten Ratingfaktoren G oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (G_Grenz) liegen und in dem ein für die vorhergesagte Strecke maximaler Ratingfaktor (G_max) erzielt wird.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regenerierung bei einem ersten Zeitfenster (T_Fenster) vorgenommen wird.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regenerierung vorgenommen wird bei einem Zeitfenster (T_Fenster), bei welchem eine durchschnittliche Steigung $(\frac{Δ G}{Δ t})$
der berechneten Ratingfaktoren G über eine vorgegebene Zeit (t_Reg.) maximal wird.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Variable x eine Fahrzeuggeschwindigkeit (v), eine aktuelle Fahrzeugleistung (P) oder ein Motordrehmoment (M) verwendet wird.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst wird, wobei der Wert für die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit über die voraussichtlich zu fahrende Strecke so lange reduziert wird, bis eine durchschnittliche Steigung $(\frac{Δ G}{Δ t})$
des Ratingfaktors G wenigstens die vorgegebene Zeit (t_Reg.) ansteigt.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung eine Zieleingabe eines Navigationssystems für die Vorhersage einer zu fahrenden Strecke genutzt wird.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu fahrende Strecke anhand von in der Steuereinrichtung hinterlegten gewöhnlich gefahrenen Strecken, bestimmt wird.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verkehrsabhängige Parameter in die Planung einbezogen werden.
Verfahren zum Planen einer Regenerierung von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Variable y ein kleinerer Wert als für die Variable z gewählt wird.
Steuereinrichtung, eingerichtet für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.