-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug zum Ausführen des Verfahrens.
-
In Brennkraftmaschinen entstehen beim Verbrennen von Kraftstoff Rußpartikel, insbesondere beim Verbrennen von Dieselkraftstoff. Rußpartikel bestehen dabei hauptsächlich aus Ruß und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Zum Reinigen von Abgas einer Brennkraftmaschine werden Filter verwendet, die die Menge von im Abgas enthaltenen Rußpartikeln reduzieren. Die entsprechenden Filter werden darum auch als Partikelfilter bezeichnet. Ein Partikelfilter kann regeneriert werden, indem die in dem Partikelfilter gesammelten Rußpartikel verbrannt werden. Eine regelmäßige Regeneration des Filters ist notwendig, da eine zunehmende Rußbeladung zu einem hohen Abgasgegendruck führt, der den Abgasausstoß behindert. Dementsprechend wird die Beladung des Filters mit Ruß aus einer Druckverlustmessung am Filter abgeleitet.
-
Für die Regeneration muss unter anderem die Abgastemperatur erhöht werden, was durch Anpassen der Einstellungen der Brennkraftmaschine erreicht wird. Die Brennkraftmaschine arbeitet dann in einem geringen Teillastbereich mit einem schlechten Wirkungsgrad, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Der Kraftstoffverbrauch kann günstiger gestaltet werden, wenn die Regeneration bei höheren Lasten durchgeführt werden kann. Müssen Regenerationen wegen Unterbrechungen der Fahrt unterbrochen werden, ist der Kraftstoffverbrauchsnachteil besonders ungünstig.
-
Es gibt Ansätze, das globale Positionsbestimmungssystem (global positioning system, GPS) zu verwenden, um Informationen über eine geplante Fahrtstrecke im Navigationssystem zu nutzen, um eine Regeneration des Partikelfilters bei günstigen Lasten auch vollständig durchführen zu können. Verfahren zum Steuern von Filterregenerationen unter Verwendung von GPS-Daten sind z.B. aus den Druckschriften
DE 10 2018 213 100 A1 und
DE 10 2019 122 838 A1 bekannt.
-
Ein Kraftstoff-ökonomisches Verfahren zur Filterregeneration ist besonders aufwändig bei Fahrzeugen, die auf Grund ihrer Einsatzbedingungen besonders häufig die Fahrt unterbrechen müssen. Dies betrifft beispielsweise Lieferfahrzeuge, besonders von Paketlieferdiensten, die innerhalb von Zonen mit einer Anzahl von Lieferadressen häufig anhalten müssen und Leerlaufzeiten haben. Während Aufenthalten in diesen Zonen gestartete Regenerationen von Partikelfiltern werden oft unterbrochen, ohne dass Rußpartikel effektiv verbrannt werden. Das führt zu häufigen Starts von Regenerationen und damit zu einem Kraftstoffverbrauchsnachteil sowie Problemen mit der Schmierölverdünnung. Es besteht die Aufgabe, ein ökonomisches Verfahren zur Partikelfilterregeneration bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsformen der Erfindung sind in vorteilhafter Weise kombinierbar.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Regeneration eines Partikelfilters im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs, das mindestens zum Erkennen seiner Position mittels globalem Positionsbestimmungssystem ausgebildet ist, mit den Schritten:
- - Einteilen eines zu befahrenden Gebietes in mindestens eine Zone, die durch eine virtuelle Grenze gekennzeichnet wird, und die durch eine Anzahl von geplanten Fahrtzyklen mit unterschiedlicher Dauer einer ununterbrochenen Fahrt mit einer bestimmten Geschwindigkeit charakterisiert ist,
- - Definieren von mindestens einem Schwellenwert SF einer Partikelfilterbeladung mit Rußpartikeln, der der Zone zugeordnet wird,
- - Lokalisieren des Fahrzeugs in Bezug auf die Zone,
- - Bestimmen der Beladung des Partikelfilters,
- - Starten einer Regeneration, wenn innerhalb der Zone der dieser Zone zugeordnete Schwellenwert SF der Partikelfilterbeladung erreicht wurde.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt vorteilhaft das Fahrverhalten von Fahrzeugen in verschiedenen Bereichen in Bezug auf eine ununterbrochene Fahrtdauer und Fahren bei einer hohen Last. Dies wird durch Überwachen der Filterbeladung erreicht, die in Zonen mit häufigen Stopps höher sein darf als in Zonen mit wenigen oder gar keinen geplanten Stopps, bevor eine Regeneration startet. Das Verfahren ist dabei besonders für Lieferfahrzeuge geeignet, z.B. eines Paketlieferdienstes. Diese Fahrzeuge haben normalerweise vergleichsweise lange Fahrten außerhalb der Lieferungszonen, z.B. zwischen zwei Städten bzw. Gemeinden oder zwischen dem Paketzentrum und der Lieferungszone. Es ist daher vorteilhaft, die Regeneration von Partikelfiltern in Bereichen außerhalb der Lieferungszonen zu starten, weil sie hier mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Ende geführt werden kann. Der Kraftstoffverbrauchsnachteil wird dabei möglichst gering gehalten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher ökonomisch in Bezug auf Kraftstoffverbrauch. Zudem wird eine nachteilige Ölverdünnung vermieden, wodurch einem unnötigen Verschleiß der Brennkraftmaschine entgegengewirkt wird. Ein Fahrtzyklus ist hier ein Bewegungsablauf des Fahrzeugs umfassend ein Starten, Fahren und Stoppen des Fahrzeugs.
-
Vorzugsweise wird in dem Verfahren die Regeneration gestartet, wenn die Grenze der Zone überschritten wird und die aktuelle Beladung des Partikelfilters den einem Bereich hinter der Grenze zugeordneten Schwellenwert überschreitet. Mit anderen Worten wird eine Regeneration nicht durchgeführt, solange sich das entsprechende Kraftfahrzeug in einer Zone mit einem höheren Schwellenwert befindet und dieser Schwellenwert nicht erreicht wird. Wird eine Grenze zu einer Zone bzw. Bereich (wenn dort keine bestimmte Zone definiert ist) mit einem niedrigeren Schwellenwert überschritten und dieser Schwellenwert erreicht, wird die Regeneration gestartet. Dadurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass keine Regeneration eines Filters mit relativ hoher Beladung gestartet wird, wenn die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass die Regeneration wegen einer Unterbrechung der Fahrt unterbrochen wird.
-
Vorzugsweise wird in dem Verfahren mindestens eine erste Zone Z1 durch eine bestimmte Anzahl SZ1 von geplanten Fahrtzyklen mit einer Dauer t1 charakterisiert. Die Dauer t1 ist zu kurz, um eine Regeneration eines beladenen Partikelfilters zu erlauben. Dabei wird die bestimmte Anzahl SZ1 durch einen ersten Schwellenwert der Anzahl der Fahrtzyklen WZ1 definiert, der sich auf die Anzahl von geplanten Fahrtzyklen des Kraftfahrzeugs in der Zone Z1 bezieht. Das heißt, wenn die Anzahl der geplanten Fahrtzyklen des Fahrzeugs den Schwellenwert WZ1 überschreitet, wird der zu fahrende Bereich der ersten Zone Z1 zugeordnet. In dieser Zone Z1 ist die Wahrscheinlichkeit einer zu Ende geführten Regeneration des Partikelfilters niedrig. Die Zone Z1 entspricht z.B. einer Lieferzone eines Paketzustelldienstes, in der das entsprechende Lieferfahrzeug häufig stoppen muss und nur vergleichsweise kurze Strecken fährt. Es können auch mehrere Teilgebiete mit einer Anzahl SZ1 zur Zone Z1 zusammengefasst werden, die jeweils durch vergleichsweise besonders kurze Fahrtzyklen gekennzeichnet sind, wenn zwischen den Teilgebieten ebenfalls nur ein Fahrtzyklus mit der Dauer t1 liegt.
-
Vorzugsweise wird der ersten Zone ein erster Schwellenwert SF1 der Beladung des Partikelfilters zugeordnet. Der erste Schwellenwert SF1 kann z.B. mit 120% der Beladung eines Partikelfilters entsprechen, bei der üblicherweise der Filter als voll erklärt wird und eine Regeneration gestartet wird. Die Beladung eines Partikelfilters, bei der üblicherweise der Filter als voll erklärt wird und eine Regeneration gestartet wird, wird als 100% gesetzt und als Standard verwendet.
-
Vorzugsweise wird in dem Verfahren mindestens eine zweite Zone Z2 durch eine bestimmte Anzahl SZ2 von geplanten Fahrtzyklen mit einer Dauer t2 charakterisiert. Die Dauer t2 ist länger als t1, so dass die Wahrscheinlichkeit einer zu Ende geführten Regeneration in der Zone Z2 höher ist als in der Zone Z1. Dabei wird die bestimmte Anzahl SZ2 durch einen zweiten Schwellenwert WZ2 definiert, der sich auf die Anzahl von geplanten Stopps des Kraftfahrzeugs in der Zone Z2 bezieht. Der zweite Schwellenwert WZ2 ist dabei niedriger als der erste Schwellenwert WZ1. Das heißt, wenn die Anzahl der Stopps des Fahrzeugs den zweiten Schwellenwert WZ2 nicht überschreitet, wird der zu fahrende Bereich der Zone Z2 zugeordnet. ist z.B. durch längere zu fahrende Strecken zwischen Ortschaften oder einem Paketzentrum und einer Lieferzone charakterisiert. In dieser Zone Z2 ist die Wahrscheinlichkeit einer zu Ende geführten Regeneration des Partikelfilters höher als in der Zone Z1. Vorzugsweise wird der zweiten Zone ein zweiter Schwellenwert SF2 der Beladung des Partikelfilters zugeordnet. Der zweite Schwellenwert SF2 kann z.B. mit 80% der Beladung eines Partikelfilters entsprechen, bei der üblicherweise der Filter als voll erklärt wird und eine Regeneration gestartet wird. Dadurch wird vorteilhaft eine günstige Gelegenheit genutzt, eine Regeneration eines Partikelfilters zu starten und zu Ende zu führen.
-
Befindet sich das Fahrzeug nicht in einer definierten Zone, also z.B. in einem Bereich außerhalb der Zone Z1 und Z2, wird vorzugsweise ein dritter Schwellenwert F3 der Beladung des Partikelfilters verwendet. Dieser entspricht bevorzugt dem Standard, bei dem üblicherweise der Filter als voll erklärt wird und eine Regeneration gestartet wird. Der dritte Schwellenwert F3 entspricht daher vorzugsweise 100% der Beladung eines Partikelfilters. Dadurch wird ebenfalls vorteilhaft eine günstige Gelegenheit genutzt, eine Regeneration eines Partikelfilters zu starten und zu Ende zu führen. Strecken außerhalb der Zonen Z1 und Z2 entspricht z.B. einer Strecke in einer Ortschaft zwischen zwei Lieferzonen (Z1), in denen weitere Strecken mit weniger Stopps gefahren werden als in der ersten Zone Z1. Eine Strecke außerhalb der Zonen Z1 und Z2 entspricht z.B. auch einer Strecke zwischen den Zonen, in der das entsprechende Fahrzeug die Zone Z2 verlässt und sich auf die Zone Z1 zubewegt.
-
In dem Verfahren können weitere Zonen definiert werden, denen verschiedenen Schwellenwerte der Beladung des Partikelfilters zugeordnet werden. So kann in dem Verfahren mindestens eine dritte Zone Z3 durch eine bestimmte Anzahl SZ3 von geplanten Fahrtzyklen mit einer Dauer t3 charakterisiert werden. Die Dauer t3 ist länger als t1, aber kürzer als t1, so dass die Wahrscheinlichkeit einer zu Ende geführten Regeneration in der Zone Z3 höher ist als in der Zone Z1, aber niedriger als in der Zone Z2. Dabei wird die bestimmte Anzahl SZ3 dadurch charakterisiert, dass sie unter dem ersten Schwellenwert WZ1 liegt, so dass die Anzahl von geplanten Stopps des Kraftfahrzeugs in der Zone Z3 geringer ist als in der Zone Z1, aber über dem zweiten Schwellenwert WZ2, so dass die Anzahl von geplanten Stopps des Kraftfahrzeugs in der Zone Z3 höher ist als in der Zone Z2. Die Zone Z3 kann z.B. der o.g. nicht definierten Zone entsprechen, die zwischen den Zonen Z1 und Z2 liegt. Dadurch wird vorteilhaft eine günstige Gelegenheit genutzt, eine Regeneration eines Partikelfilters zu starten und zu Ende zu führen.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Abgastrakt, in dem mindestens ein Partikelfilter angeordnet ist, das Kraftfahrzeug mindestens zum Erkennen seiner Position mittels GPS ausgebildet ist, und einer Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu steuern. Die Vorteile des Kraftfahrzeugs entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1 Eine Landkarte mit eingezeichneten Zonen mit virtuellen Grenzen in einer ersten Situation des Verfahrens.
- 2 die Landkarte gemäß 1 in einer zweiten Situation des Verfahrens.
- 3 Ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 4 Ein detailliertes Fließdiagramm des Verfahrens gemäß 3.
-
In 1 ist eine Situation auf einer Landkarte dargestellt, in der sich ein Kraftfahrzeug 1 innerhalb eines Gebiets bewegt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Brennkraftmaschine auf, in deren Abgastrakt ein Partikelfilter angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine ist eine selbstzündende Brennkraftmaschine, dementsprechend ist der Partikelfilter ein Dieselpartikelfilter. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Dieselpartikelfilter beschränkt. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Navigationsgerät auf und ist demensprechend zum Erkennen seiner Position mittels globalem Positionsbestimmungssystem ausgebildet.
-
Das Kraftfahrzeug 1 ist ein Lieferungsfahrzeug eines Paketzustelldienstes. In 1 befindet sich das Kraftfahrzeug 1 in einer ersten Zone Z1. Die erste Zone Z1 ist charakterisiert durch häufige Stopps, die durch die Lieferung von Pakten an eine bestimmte Anzahl von Lieferadressen bedingt sind. Dabei gibt das Zeichen SZ die Anzahl der einzelnen aufeinanderfolgenden Fahrtzyklen in Abschnitten der ersten Zone Z1 wieder.
-
In 2 befindet sich das Kraftfahrzeug 1 in einer zweiten Zone Z2. Die zweite Zone Z2 ist charakterisiert durch fehlende Stopps auf längeren Strecken, so dass sich das Kraftfahrzeug 1 über längere Zeit unter hoher Last bewegen kann.
-
In 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, in dem die Zonen definiert werden und den Zonen ein entsprechender Schwellenwert der Beladung der Partikelfilter zugeordnet wird, ab denen eine Regeneration gestartet wird. Dabei wird in einem ersten Schritt das zu befahrende Gebiet durch virtuelle Grenzen in zwei Zonen eingeteilt, die durch eine Anzahl von geplanten Fahrtzyklen mit unterschiedlicher Dauer einer ununterbrochenen Fahrt mit einer bestimmten Geschwindigkeit charakterisiert sind. Die Grenzen der Zonen werden auf der Basis von GPS-basierten Informationen festgelegt. Die Eingaben der Daten und Darstellung der Zonen erfolgen über das Display des Navigationsgerätes oder andere geeignete Geräte.
-
Für die erste Zone Z1 wird ein erster Schwellenwert WZ1 von 10 Fahrtzyklen mit einer Zeitdauer t1 ≤ 1 min innerhalb eines zu befahrenen Gebietes festgelegt. Liegt die Anzahl der geplanten Fahrtzyklen mit einer entsprechenden Zeitdauer bei 10 und darüber, wird das zu befahrene Gebiet zu einer ersten Zone Z1 erklärt.
-
Für die zweite Zone Z2 wird ein zweiter Schwellenwert WZ2 von einem Fahrtzyklus mit einer Zeitdauer von t2 ≥ 5 min festgelegt. Liegt die Anzahl der geplanten Fahrtzyklen darunter, wird das zu befahrende Gebiet zu einer zweiten Zone Z2 erklärt.
-
In einem zweiten Schritt S2 wird für jede Zone ein Schwellenwert SF einer Partikelfilterbeladung mit Rußpartikeln festgelegt. Dabei wird der ersten Zone Z1 ein erster Schwellenwert SF1 der Partikelfilterbeladung von 120% zugeordnet. Damit soll eine Regeneration des Partikelfilters in der ersten Zone Z1 erst starten, wenn eine Beladung von 120% der Beladung erreicht wurde, bei der eine Regeneration üblicherweise gestartet wird. Der zweiten Zone wird ein zweiter Schwellenwert SF2 der Partikelfilterbeladung von 80% zugeordnet. Damit soll eine Regeneration des Partikelfilters in der zweiten Zone Z2 bereits starten, wenn eine Beladung von 80% der Beladung erreicht wurde, bei der eine Regeneration üblicherweise gestartet wird.
-
In einem dritten Schritt S3 wird das Fahrzeug 1 mittels GPS lokalisiert und seine gefundene Position verwendet, das Fahrzeug 1 in Bezug auf eine bestimmte Zone zu lokalisieren. In der Situation gemäß 1 befindet sich das Fahrzeug 1 in der ersten Zone Z1. In der Situation gemäß 2 befindet sich das Fahrzeug 1 in der zweiten Zone Z2. Schritt S3 kann auch in zwei Unterschritte eingeteilt werden, wie das in 4 dargestellt ist. Dabei wird in einem ersten Unterschritt S3a das Fahrzeug 1 lokalisiert, und in einem zweiten Unterschritt S3b das Fahrzeug 1 in Bezug auf eine bestimmte Zone lokalisiert, indem die GPS-Koordinaten des Fahrzeugs 1 mit den vorbestimmten Grenzen der Zonen abgeglichen werden.
-
In einem vierten Schritt S4 wird die Beladung des Partikelfilters bestimmt. Die Beladung des Partikelfilters beträgt beispielhaft 90% des Standardwertes. Damit würde in einem fünften Schritt S5 die Regeneration des Partikelfilters nicht gestartet werden, solange sich das Fahrzeug1 wie in der Situation gemäß 1 in der ersten Zone Z1 befindet, da hier der Schwellenwert SF1 bei 120% des Standardwertes eingestellt wurde. Wird auf der Fahrt aus der Zone Z1 heraus die Zone Z2 erreicht, startet die Regeneration beim Überschreiten der Grenze zur Z2, da hier der Schwellenwert SF2 bei 80% des Standardwertes eingestellt wurde.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann bestimmt werden, dass unter bestimmten Bedingungen die Regeneration eines Partikelfilters startet, wenn sich das Fahrzeug außerhalb der vordefinierten Zonen Z1 und Z2 befindet. Gemäß 4 wird nach Lokalisation des Fahrzeugs 1 in Schritt S3a die Zuordnung der Lokalisation des Fahrzeugs 1 zu einer bestimmten Zone in Schritt S3b mit einem Algorithmus durchgeführt, indem die Zuordnung zu einer bestimmten Zone und der entsprechenden Filterbeladung abgefragt wird. Befindet sich das Fahrzeug 1 in der Zone Z1 (Z1?), wird eine Regeneration bei einer Filterbeladung von 120% gestartet (Y wie yes, englisch für Ja). Befindet sich das Fahrzeug 1 nicht in der Zone Z1 (N wie no, englisch für Nein), wird überprüft, ob sich das Fahrzeug 1 in der Zone Z2 befindet (Z2?). Befindet sich das Fahrzeug 1 in der Zone Z2 (Y), wird eine Regeneration bei einer Filterbeladung von 80% gestartet (Y wie yes, englisch für Ja). Befindet sich das Fahrzeug 1 auch nicht in der Zone Z2, wird eine Regeneration bei einer Filterbeladung von 100% (dem Standardwert, bei dem eine Regeneration üblicherweise startet) gestartet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- Z1
- erste Zone
- Z2
- zweite Zone
- SZ
- Anzahl der geplanten Fahrtzyklen
-
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
-
- DE 102018213100 A1 [0004]
- DE 102019122838 A1 [0004]
