DE102021201507A1

DE102021201507A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Heizung eines Abgasnachbehandlungssystems

Info

Publication number: DE102021201507A1
Application number: DE102021201507.7A
Authority: DE
Inventors: Sascha SCHUMACHER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2022-08-18
Also published as: CN114941561A

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Heizung (4) für ein Abgasnachbehandlungssystem in einem Fahrzeug (1) vorgeschlagen. Wenn eine elektrische Verbindung des Fahrzeugs (1) mit einer Ladestation (2) und eine Umgebungstemperatur unter einem Grenzwert des Fahrzeugs (1) erkannt werden, wird die Heizung (4) mit elektrischer Energie, die von der Ladestation (2) entnommen wird, eingeschaltet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Heizung eines Abgasnachbehandlungssystems nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Aus der DE 10 2012 213417 A1 ist bereits ein Fahrzeug mit einem Abgasnachbehandlungssystem mit einer elektrischen Heizung bekannt. Dabei ist die elektrische Heizung in einem Harnstofftank angeordnet und wird bei einem Betrieb des Fahrzeugs eingeschaltet, um Gefrieren der Flüssigkeit in dem Tank zu verhindern.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass ein Einschalten der Heizung nur vorgenommen wird, wenn ein Heizen notwendig ist und eine ausreichende Versorgung mit elektrischer Energie möglich ist. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn das Fahrzeug mit einer Ladestation verbunden ist, mit der ein Laden einer Batterie des Fahrzeugs erfolgen kann. Es kann so zuverlässig eine Beheizung von Teilen des Fahrzeugs erfolgen, ohne dass dadurch eine in dem Fahrzeug angeordnete Fahrzeugbatterie entladen wird. Durch diese Maßnahme wird somit die Betriebssicherheit eines entsprechend Fahrzeugs verbessert. Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders vorteilhaft erfolgt eine Beheizung eines Tanks für eine Flüssigkeit zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels, da ein derartiger Tank thermisch relativ träge ist und daher bei einem Betrieb des Fahrzeugs sehr viel Zeit bis zum Auftauen der Flüssigkeit verstreicht. Es kann so eine sehr schnelle Bereitstellung des Reduktionsmittels erreicht werden. Bei dieser Heizung des Tanks werden vorteilhafter Weise eine Vielzahl von Parametern berücksichtigt. Beispielsweise sollte die Qualität der Flüssigkeit im Tank berücksichtigt werden, da der Gefrierpunkt von der Qualität der Flüssigkeit abhängt. Weiterhin ist der Füllstand von Bedeutung, da durch die Menge an Flüssigkeit das thermische Beharrungsvermögen des Tanks bestimmt wird. Weiterhin ist die Temperatur der Flüssigkeit von Bedeutung, insbesondere wenn die Umgebungstemperatur nur gering unter dem Gefrierpunkt liegt. Weiterhin sollte der Absolutwert der Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, da nicht nur das Überschreiten eines Grenzwerts von Bedeutung ist, sondern auch um wie viel der Grenzwert unterschritten wird. In Abhängigkeit von all diesen Parametern wird dann für die Heizung des Tanks sowohl eine Zeitdauer wie auch die für die Heizung aufgewandte Energie festgelegt. Es kann so eine an die jeweilige Situation angepasste Beheizung des Tanks erfolgen, ohne dass zu viel oder zu wenig Heizenergie aufgewandt wird, um eine optimale Bereitstellung des Reduktionsmittels zu erreichen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Fahrzeug mit einem Abgasnachbehandlungssystem verbunden mit einer elektrischen Ladesäule, und
2 Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Beschreibung

In der 1 wird schematisch ein Fahrzeug 1 und eine Ladestation 2 gezeigt. Das Fahrzeug 1 und die Ladestation 2 sind über ein Ladekabel 6 elektrisch miteinander verbunden. Bei dem Fahrzeug 1 handelt es sich um ein Hybrid-Fahrzeug, welches einen elektrischen Antrieb und einen Verbrennungsmotor aufweist. Zum Betreiben des elektrischen Motors ist eine Batterie vorgesehen, die über das Ladekabel 6 von der Ladestation 2 aufgeladen werden kann. Alternativ kann auch während des Fahrbetriebs mit dem Verbrennungsmotor ein Aufladen der Batterie erfolgen. Zur Reinigung der Abgase des Verbrennungsmotors weist das Fahrzeug 1 ein Abgasnachbehandlungssystem auf. Das Abgasnachbehandlungssystem weist als eine Komponente ein Einspritzsystem zur Einspritzung eines Reduktionsmittels auf, durch das eventuelle NOx bzw. Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden können. Zur Bereitstellung des Reduktionsmittels ist ein Tank 3 vorgesehen in dem eine Flüssigkeit, typischerweise eine Wasser-Harnstofflösung, enthalten ist. Durch Einspritzung dieser Flüssigkeit bzw. Wasser-Harnstofflösung im Abgassystem vor einem entsprechenden Katalysator erfolgt eine Bereitstellung eines Reduktionsmittels, durch die im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zu Stickstoff (N₂) und Wasser reduziert werden. In der 1 wird schematisch nur der Tank 3 dargestellt und die weiteren Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems, wie Katalysatoren und Einspritzvorrichtung, werden aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht dargestellt.
Bei tiefen Temperaturen kann die Flüssigkeit in dem Tank 3 gefrieren. In diesem Fall ist ein ordnungsgemäßer Betrieb der Abgasnachbehandlungsvorrichtung nicht möglich, da die gefrorene Flüssigkeit nicht gepumpt werden kann und somit auch keine Einspritzung in das Abgassystem erfolgen kann. Es ist daher in dem Tank 3 eine elektrische Heizung 4 vorgesehen, um die Flüssigkeit im Tank 3 zu erwärmen. Weiterhin ist eine Steuerung 5 vorgesehen, durch die eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Heizung 4 im Tank 3 erfolgt. Eine derartige elektrische Heizung 4 kann bei tiefen Temperaturen während des Betriebs des Verbrennungsmotors aktiviert sein, da der Tank 3 in der Regel nicht durch die Wärme des Verbrennungsmotors beheizt wird. Problematisch ist dabei, dass bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors die elektrische Heizung 4 eine gewisse Zeit benötigt, um die Flüssigkeit im Tank 3 zu schmelzen, da der Tank in der Regel mehrere Kilogramm Flüssigkeit enthält und thermisch entsprechend träge ist.
Bei einem stehenden Fahrzeug ist eine vorsorgliche Beheizung des Tanks 3 in der Regel problematisch, da so eine in dem Fahrzeug enthaltene Batterie entladen wird und die entnommene elektrische Energie für einen nachfolgenden Staat oder Betrieb des Fahrzeugs nicht zur Verfügung steht. Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt vor, einem Betrieb der Heizung 4 vorzusehen, wenn das Fahrzeug 1 elektrisch mit einer Ladestation 2 verbunden ist und eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 1 unter einem Grenzwert abfällt. Es kann durch diesen vorausschauenden Betrieb der Heizung 4 eine Bereitstellung des Reduktionsmittels unmittelbar nach einem Kaltstart erfolgen, ohne dass dadurch eine Batterie des Fahrzeugs 1 entladen wird. Von einer Ladestation 1 kann typischerweise eine ausreichende Menge an elektrischer Energie entnommen werden, um gleichzeitig eine Batterie des Fahrzeugs 1 zuladen und auch den Tank 3 mit dem Reduktionsmittel zu heizen. Als Grenzwert für die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 1 ab dem ein Heizen vorgesehen wird, wird üblicherweise der Gefrierpunkt der Flüssigkeit im Tank 3 gewählt. Sobald die Flüssigkeit in dem Tank unter den Gefrierpunkt abgekühlt wird, erfolgt ein Gefrieren was einen normalen Betrieb des Abgasreinigungssystems verhindert. Es können aber auch andere Temperaturen, die ein wenig höher liegen als der Gefrierpunkt der Flüssigkeit in dem Tank 3, gewählt werden, wenn es bereits vorher, beispielsweise durch Veränderung der Viskosität, zu einer Behinderung des normalen Betriebs des Abgasreinigungssystems kommt.
Sofern es zweckdienlich ist, kann die Heizung 4 auch zu Beheizung anderer Komponenten des Abgassystems vorgesehen sein, um eine optimale Reinigung des Abgases unmittelbar nach einem Kaltstart zu gewährleisten. Insbesondere kann gegebenenfalls auch eine Pumpe oder ein Einspritzsystem für die Flüssigkeit in das Abgassystem beheizt werden.
Bei der Heizung des Tanks 3 können verschiedene Parameter berücksichtigt werden, um eine optimierte Beheizung der Flüssigkeit im Tank 3 zu gewährleisten. Der Gefrierpunkt einer Flüssigkeit, die eine Reduktionsmittel zur Verfügung stellt, hängt von der Qualität der Flüssigkeit ab. Beispielsweise bei einer Harnstoff-Wasserlösung hängt der Gefrierpunkt stark von der Konzentration des Harnstoffs im Wasser ab. Wenn die Qualität der Flüssigkeit bekannt ist, entweder aufgrund der Messung eines Sensors im Tank 3 oder aufgrund einer entsprechenden Spezifikation der Flüssigkeit, kann die Beheizung entsprechend an den Gefrierpunkt der Flüssigkeit angepasst werden. Weiterhin sollte für die Beheizung der Füllstand der Flüssigkeit im Tank 3 berücksichtigt werden. Wenn der Füllstand sehr groß ist muss eine entsprechend große Menge an Heizenergie eingebracht werden. Wenn der Füllstand nur gering ist, könnte durch eine zu große Menge an Heizenergie die Flüssigkeit zu stark erwärmt werden, wodurch es zu einer Veränderung der Qualität der Flüssigkeit kommen kann. Weiterhin kann die Temperatur der Flüssigkeit im Tank berücksichtigt werden. Wenn durch einen längeren Betrieb der Brennkraftmaschine die Flüssigkeit erwärmt ist, so können beispielsweise kürzere Unterschreitungen eines Schwellwerts der Temperatur unter den Gefrierpunkt der Flüssigkeit in der Umgebung des Fahrzeuges 1 toleriert werden, ohne dass eine Beheizung erforderlich ist. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit gering ist, kann auch bei kurzen Unterschreitungen der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs unter den Gefrierpunkt ein Heizen des Tanks 3 sinnvoll sein. Besonders einfach kann eine Beheizung des Tank 3 vorgesehen sein, wenn eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs unter einem Grenzwert fällt, der üblicherweise mit der Gefriertemperatur oder Gefrierpunkt der Flüssigkeit im Tank 3 übereinstimmt. Weiterhin kann aber auch ein Absolutwert der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs berücksichtigt werden, da ein starkes Unterschreiten der Gefriertemperatur zu einer deutlich schnelleren Abkühlung der Flüssigkeit im Tank 3 und entsprechend schneller zu einem notwendigen Beheizen führt.
In der 2 werden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Diese Verfahrensschritte können beispielsweise von der Steuerung 5 der 1 abgearbeitet werden. In einem ersten Schritt 10 erfolgt ein Start des Verfahrens. Auf den Schritt 10 folgt der Schritt 11 in dem zwei Informationen 21 verarbeitet werden. Eine Information 21 gibt an, ob das Fahrzeug 1 mit einer Ladestation 2 verbunden ist. Als weitere Information 21 wird eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 1 eingelesen. Wenn dabei festgestellt wird, dass das Fahrzeug 1 nicht mit einer Ladestation verbunden ist, so folgt auf den Schritt 11 der Schritt 14. Wenn dabei festgestellt wird, dass die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 1 größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, so folgt auf den Schritt 11 der Schritt 14. In den anderen Fällen, das heißt, wenn gleichzeitig das Fahrzeug 1 mit einer Ladestation 2 verbunden ist und die Umgebungstemperatur geringer ist als der Grenzwert, folgt auf den Schritt 11 der Schritt 12. Im Schritt 12 werden weitere Bedingungen 22 überprüft. Diese weitere Bedingung 22 wird für eine Berechnung der Parameter, mit der die Heizung 4 angesteuert wird, verwendet. Insbesondere werden dabei die Parameter der Zeitdauer der Beheizung und die Energie der Beheizung festgelegt. Als Bedingungen 22 wird beispielsweise die Qualität der Flüssigkeit im Tank 3, der Füllstand des Tanks 3, die Temperatur der Flüssigkeit im Tank 3 und ein Absolutwert der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 1 berücksichtigt. In Abhängigkeit von diesen Werten erfolgt dann eine Berechnung der Ansteuerung der Heizung 4 insbesondere hinsichtlich der Zeitdauer und der Energie der Beheizung. Mit den entsprechenden Werten erfolgt dann im darauffolgenden Schritt 13 die Ansteuerung der Heizung 4. Alternativ kann im Schritt 12 aufgrund der Bedingungen 22 auch festgestellt werden, dass keine Beheizung der Flüssigkeit im Tank 3 erforderlich ist, beispielsweise, weil der Absolutwerte der Umgebungstemperatur nur ganz geringfügig unter dem Gefrierpunkt liegt und gleichzeitig ein sehr hohes Volumen an Flüssigkeit in dem Tank 3 vorliegt. In diesem Fall folgt auf den Schritt 12 der Schritt 14. Entsprechend der Entscheidungen in den Schritten 11 und 12 erfolgt somit entweder ein Einschalten der Heizung 4 im Schritt 13 oder kein Einschalten der Heizung 4 im Schritt 14. Das Verfahren kann nach den Schritten 13 oder 14 von Zeit zu Zeit mit dem Schritt 10 neu gestartet werden, um zu überprüfen ob die Bedingungen für einen Betrieb der Heizung 4 noch vorliegen oder nicht. Entsprechend kann dann neu entschieden werden ob die Heizung 4 betrieben werden sollte oder nicht.
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 102012213417 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Heizung (4) für ein Abgasnachbehandlungssystem in einem Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine elektrische Verbindung des Fahrzeugs (1) mit einer Ladestation (2) und eine Umgebungstemperatur unter einem Grenzwert des Fahrzeugs (1) erkannt wird, die Heizung (4) mit elektrischer Energie, die von der Ladestation (2) entnommen wird, eingeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem einen Tank (3) für eine Flüssigkeit zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels zur Reduktion von NOx im Abgas aufweist und dass durch die Heizung (4) die Flüssigkeit in dem Tank (3) geheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Heizung des Tanks (3) noch eine Qualität der Flüssigkeit im Tank (3) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Heizung des Tanks (3) noch ein Füllstand des Tanks (3) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Heizung des Tanks (3) noch eine Temperatur der Flüssigkeit im Tank (3) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Heizung des Tanks (3) noch ein Absolutwert der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs (1) wird.
Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Heizung des Tanks (3) eine Zeitdauer und die Energie der Heizung (4) festgelegt wird.
Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Heizung für ein Abgasnachbehandlungssystem in einem Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (5) vorgesehen sind, die, wenn sie eine elektrische Verbindung des Fahrzeugs (1) mit einer Ladestation (2) und eine Umgebungstemperatur unter einem Grenzwert des Fahrzeugs (1) erkennen, die Heizung (4) mit elektrischer Energie, die von der Ladestation (2) entnommen wird, einschalten.