DE60119469T2

DE60119469T2 - Steuerungssystem für die Regenerierung eines Partikelfilters insbesondere für ein elektrisches Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE60119469T2
Application number: DE60119469T
Authority: DE
Inventors: James Alan Vestal Sherman; Arthur Paull Maine Lyons
Original assignee: BAE Systems Controls Inc
Current assignee: BAE Systems Controls Inc
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: KR20020028775A; DE60119469D1; EP1197642A3; KR100823912B1; US6422001B1; EP1197642B1; JP2002195024A; JP3895572B2; EP1197642A2; ATE325940T1

Description

Anwendungsbereich der Erfindung
Diese Erfindung befasst sich mit der Verringerung der Luftverschmutzung, dabei insbesondere mit der Ausfilterung von Partikeln aus Fahrzeugabgasen.
Hintergrund der Erfindung
Die Reinhaltung der Luft ist ein wichtiges gesellschaftspolitisches Thema geworden, und staatliche Vorschriften sind in Kraft zur Regelung der Schadstoffemissionen aus Fabriken, Industrieanlagen sowie aus Flugzeugen und anderen Fahrzeugen. Abgasregelungen für Kraftfahrzeuge haben zur Verringerung des Ausstoßes von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid sowie der Emission der sogenannten Treibhausgase beigetragen. Emissionen von Lastkraftfahrzeugen und Bussen unterliegen immer strengeren Vorschriften. Außerdem ist der ökonomische Verbrauch von Kraftstoffen in den letzten Jahren immer wichtiger geworden, da die weltweite Nachfrage nach flüssigen erdölbasierten Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen die Kraftstoffpreise ansteigen lässt. Die verbesserte Kraftstoffökonomie führt ihrerseits zur Reduzierung der Abgasemissionen pro gefahrenen Kilometer.
Ein Ansatz zur Reduzierung der Emissionen und Verbesserung der Kraftstoffökonomie besteht im Einsatz von elektrisch angetriebenen Personenwagen, Lastkraftwagen und Bussen. Elektrisch angetriebene Fahrzeuge haben jedoch einen relativ eingeschränkten Aktionsradius, sind schwierig zu heizen und zu klimatisieren, und könnten daher nicht ganz so ökonomisch sein. Eine andere Technik zur Überwindung einiger der Probleme elektrisch angetriebener Fahrzeuge ist die Verwendung eines Brennkraft/Elektro-Hybridantriebs, in dem eine Brennkraftmaschine einen elektrischen Generator zur Erzeugung von Elektrizität für die Aufladung von Batterien antreibt und das Fahrzeug durch einen Elektromotor angetrieben wird, der zumindest zum Teil von den Batterien gespeist wird. Sogenannte Ultrakondensatoren sollen erwartungsgemäß die Leistung elektrochemischer Batterien bei der Speicherung elektrischer Energie erreichen und könnten in der Zukunft Verwendung finden.
Ein Vorteil von Elektrofahrzeugen mit Hybridantrieb liegt darin, dass die Energie erzeugende Brennkraftmaschine von den Antriebsrädern des Fahrzeugs abgekoppelt ist, so dass die Maschine zumindest kurzfristig mit einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängigen Drehzahl laufen kann. Damit lässt sich die Maschine wiederum mit einer einstellbaren Drehzahl betreiben, die eine ausgezeichnete Kraftstoffersparnis, Zuverlässigkeit und/oder Emissionssteuerung ermöglicht.
Verbesserte Techniken zur Reduzierung der Emissionen von Maschinen in Fahrzeuganwendungen sind erwünscht.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung dient zur Reinigung eines regenerativen Partikelfilters oder einer "Falle" verbunden mit einer partikelausstoßenden Brennkraftmaschine. Das Verfahren enthält den Schritt der Durchleitung von Abgasen der Maschine durch einen regenerativen Partikelfilter zur Entfernung von Partikeln aus dem Filterdurchfluss oder den ausgestoßenen Gasen. Ein Gegendrucksignal wird erzeugt. Das Gegendrucksignal entspricht dem Durchschnittswert des Gegendrucks des Filters. Der Schritt der Erzeugung des Gegendrucksignals, das dem Durchschnittsgegendruck entspricht, kann implementiert werden durch die Erzeugung einer Reihe von momentanen Gegendrucksignalen und der Integrierung dieser Signale in bekannter Weise zu einem Durchschnittswert. Sobald das Gegendrucksignal einen festgelegten Schwellenwert erreicht, wird die Maschine in einen unteren Drehzahlbereich eingestellt und die Maschinenlast erhöht, wodurch sich die Temperatur sowohl der Abgase als auch des Filters erhöht und damit die Regenerierung des Filters unterstützt wird.
In einer besonderen Betriebsart des Verfahrens der Erfindung enthält der Schritt der Erhöhung der Last den Schritt der Anpassung eines von der Maschine angetriebenen elektrischen Energieerzeugers zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie und des Anlegens dieser zusätzlichen elektrischen Energie an eine elektrische Last. In einer Version dieser Betriebsart enthält der Schritt des Anlegens der zusätzlichen elektrischen Energie den Schritt des Anlegens zumindest eines Teils der zusätzlichen elektrischen Energie an eine resistive Verlusteinrichtung. Eine Ausführung einer resistiven Verlusteinrichtung ist ein diskreter Widerstand. In einer anderen Version dieser Betriebsart enthält der Schritt des Anlegens der zusätzlichen Energie an eine elektrische Last den Schritt des Anlegens zumindest eines Teils der zusätzlichen elektrischen Energie an eine Speichereinrichtung für Traktionsenergie wie z.B. eine Batterie oder einen Ultrakondensator.
In einer besonders vorteilhaften Betriebsart der Erfindung wird ein zweiter Schwellenwert festgelegt, der einen niedrigeren Gegendruck als der erstgenannte Schwellenwert wiedergibt. Über diesem Schwellenwert wird die Speichereinrichtung für Traktionsenergie bis zu einem festgelegten Grenzwert geladen, der einen niedrigeren Energiepegel wiedergibt, so dass die der zusätzlichen Last zufließende Energie in der Speichereinrichtung für Traktionsenergie ohne Überladung gespeichert werden kann. In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Schritt der Regelung der zusätzlichen Ladung zumindest teilweise durch die Filtertemperatur gesteuert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Brennkraft/Elektro-Hybridfahrzeugantriebs gemäß einem Aspekt der Erfindung, in dem die Abgase der internen Brennkraftmaschine gefiltert oder "gefangen" werden;
2 ist ein vereinfachter Arbeits- oder Programmablaufplan, der einen möglichen Verlauf der Computerlogik zur Erreichung des Erfindungszwecks beschreibt;
3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Ausschnitts aus der Anordnung aus 2, dadurch gekennzeichnet, dass der logische Verlauf so modifiziert ist, das er zumindest teilweise von der Filtertemperatur abhängt;
4 ist ein Kurvendiagramm, das für einen Cummins Dieselmotor die Interrelation zwischen Maschinendrehmoment gegenüber Maschinendrehzahl mit der Abgastemperatur als Parameter illustriert; und
5 ist ein vereinfachter Arbeits- oder Programmablaufplan, der einige Details des logischen Verlaufs in einem Ausschnitt des Programmablaufplans aus 2 in einer leicht geänderten Ausführung der Logik darstellt.
Beschreibung der Erfindung
In 1 enthält ein elektrisches Fahrzeughybridantriebssystem 10 eine Brennkraftmaschine 12 mit einer rotierenden Abtriebswelle 12s, die einen elektrischen Generator 14 antreibt. Im Allgemeinen sind moderne Generatoren für elektrische Hybridzwecke (WS) Wechselstrom-Generatoren, aber (GS) Gleichspannungs-Generatoren sind nach einigen kleineren Systemänderungen ebenfalls verwendbar. Es ist in Fachkreisen bekannt, dass die Begriffe Wechselspannung und Wechselstrom verwandt sind, und dass es, im Allgemeinen, elektrischen Strom ohne Antriebskraft oder Spannung nicht gibt. Der vom Generator 14 erzeugte Wechselstrom, oder die Wechselspannung, wird an einen in Fachkreisen gängigen elektrischen Leistungsregler 16 angelegt. Der Leistungsregler 16 verfügt über Leistungsschalter, die geregelt oder geschaltet werden, um den Energiefluss in Form von Gleich- oder Wechselspannung zwischen einem Wechselstrom-Induktionsmotor 18, einem Wechselstrom-Generator und einer Batterie oder einer anderen elektrischen Speichereinrichtung zu ermöglichen. Der Motor 18 ist mechanisch an mindestens ein Antriebsrad des Fahrzeugs gekoppelt, illustriert als Rad 20. Der elektrische Regler 26 steuert den Betrieb des elektrischen Leistungsreglers 16 in einer in Fachkreisen bekannten feldorientierten Weise für u.a. die Regelung der Energiemenge, die für Antriebsdrehmoment oder dynamische Bremskraft an den Motor angelegt oder ihm entzogen wird. Der elektrische Regler 26 überwacht über den Signalpfad 38 auch den Betrieb der Maschine 12 und erzeugt Steuersignale, auf welche die Maschine reagiert. Der elektrische Regler 26 reagiert auch auf Anwender-Steuersignale wie eine fußbetriebene Drehmomentanforderung "Gaspedal" und eine fußbetriebene Bremse, illustriert als Block 42, und kann dem Bediener auch Angaben zum Maschinen- und Systembetrieb anzeigen.
In 1 erzeugt die Brennkraftmaschine 12 Abgase in einem mit 28 bezeichneten Abgasrohr. Das Abgasrohr 28 leitet die Abgase zum Eingang 28i eines Partikelfilters oder einer "Falle" 30. Der gefilterte Abgasdurchfluss verlässt den Filter 30 durch seinen Ausgang 30o. Fachleuten ist bekannt, dass regenerative Partikelfilter die im Abgas enthaltenen Feststoffe auffangen, so dass der gefilterte Durchfluss beim Verlassen der Maschine sauberer als das Abgas ist. Solche Filter können z. B. aus einem keramischen Honigwabenmaterial hergestellt werden, das porös ist, so dass die Abgase von Eingang zu Ausgang strömen, aber mindestens einige Feststoffe hängen bleiben können. Die Ablagerung dieser Feststoffe kann letztendlich den Filter verstopfen und zu seiner Zerstörung führen. Nicht regenerative Filter müssen regelmäßig gereinigt werden. Bei einem Fahrzeug kann eine solche regelmäßige Reinigung jedoch unerwünscht sein, weil es stillgelegt werden muss und die Reinigung teuer sein könnte. Regenerative Filter hingegen können gereinigt werden, indem die Feststoffe auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der sie verbrennen oder verdampfen. Bei einem normalen Einsatz eines Fahrzeugs mit regenerativem Filter erzeugt der Betrieb bei Fahrgeschwindigkeiten mit mittlerer bis voller Last Abgase, die heiß genug sind, um die Filtertemperatur über die Regenerationstemperatur zu heben. Demnach reicht der Betrieb bei Fahrgeschwindigkeit generell aus, den Partikelfilter zu regenerieren oder zu reinigen. Einige regenerative Filter verwenden elektrische Heizelemente zur Unterstützung der Erhitzung des Filters auf eine ausreichende Regenerationstemperatur.
Einige Fahrzeugbetriebsklassen, wie z. B. Taxis, Transitbusse, städtische Lieferfahrzeuge, haben Betriebszyklen mit viel Leerlauf und kurzen Perioden von oftmals starker Beschleunigung. Unter diesen Bedingungen werden normale Fahrgeschwindigkeiten nicht häufig erreicht, und die Partikelfilter regenerieren sich weniger gut wie bei Fernverkehrsfahrzeugen auf Autobahnen. Stop-and-Go-Bereiche führen im Normalbetrieb daher zu Verstopfungen. Eine solche Verstopfung verkleinert den wirksamen Abschnitt des Filterdurchflusswegs, was wiederum zu einer Erhöhung der Temperatur im nicht verstopften Teil des Filters führt. Die örtlichen Temperaturen in einem sich verstopfenden oder verstopften Filter können zu einem Durchbrennen des Filterelements führen, wodurch es unbrauchbar wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird mit dem Partikelfilter ein Druckfühler verbunden, der ein Signal, vorzugsweise ein elektrisches Signal, liefert, das zumindest das Vorhandensein eines durchschnittlichen Gegendrucks, der einen bestimmten Wert überschreitet, wiedergibt. In einer bevorzugten Version der Anordnung in 1 ist der Druckfühler 34 in Rohr 28 in der Nähe des Eingangs 30i des Filters 30 angebracht, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das dem Gegendruck entspricht oder ihn anzeigt. Das elektrische Signal vom Sensor 34, das den Gegendruck wiedergibt, ist mit einem Teil 32 des Reglers 26 gekoppelt, der die Filterregeneration regelt. Teil 32 des Reglers 26 kann, in einer Version der Erfindung, auch Signale von einem Sensor 36 empfangen, welche die Filtertemperatur, oder zumindest die Temperatur in einem seiner Abschnitte, wiedergeben.
2 ist ein vereinfachter Arbeits- oder Programmablaufplan, der einen Verlauf darstellt, dem die Logik des Filterreglers 32 aus 1 folgen kann. In 2 beginnt die Logik an START-Block 210 und verläuft zu einem Block 212, der die anfängliche Kalibrierung des Druckfühlers bei stillstehender Maschine wiedergibt. Der angezeigte Druck wird als Umgebungsdruck oder Ausgangsbasis für alle nachfolgenden Druckmessungen verwendet und gespeichert. Von Block 212 verläuft die Logik zu einem Block 214, der eine Verzögerung oder Pause bis zum Empfang eines Signals darstellt, welches das Anlassen der Maschine wiedergibt. Nach Empfang eines solchen Signals verläuft die Logik weiter von Block 214 zu einem Block 216, der die Abtastung des Drucksignals vom Sensor 34 aus 1 darstellt. Die Abtastung kann getaktet oder schleifengesteuert sein, muss jedoch zumindest aperiodische Abtastwerte des Gegendrucks erzeugen. Die von Block 216 gesteuerten abgetasteten Druckwerte werden an einen Integrator 218 zur Erzeugung eines Durchschnittssignals über die Zeit angelegt. Der Zeit-Durchschnitt sollte ausreichend lang sein, dass er zumindest einige Beschleunigungs- und Verzögerungszyklen eines Fahrzeugs in einem oben angedeuteten Fahrzyklus im Stadtbetrieb umfasst. Vom Integrator 218 verläuft die Logik zu einem Entscheidungsblock 220, der den Druck, der durch das Drucksignal des Sensors 34 in 1 wiedergegeben wird, mit einem ersten Schwellenwert P₁ vergleicht. Dieser erste Schwellenwert P₁ liegt etwas niedriger als der Druck P₂, der den Druck darstellen soll, bei dem die Regenerierung auftritt oder erwünscht ist. Beim Gegendruckwert P₁ steht die Regeneration unmittelbar bevor. Bei Gegendruckwerten unter dem ersten Schwellenwert P₁ verlässt die Logik den Entscheidungsblock 220 über den Ausgang NO und verläuft über Block 236 und 238 zu einem END-Block 222. Vom END-Block 222 kehrt die Logik über einen logischen Pfad 224 zu Block 216 zurück, um die Druckabtastung fortzusetzen.
Im Laufe des Fahrzeugbetriebs wird der Gegendruck des Filters schließlich den ersten Schwellenwert P₁ erreichen, und die Logik verlässt den Entscheidungsblock 220 aus 2 über den Ausgang YES und zeigt damit an, dass die Regeneration unmittelbar bevorsteht. Vom Ausgang YES des Entscheidungsblocks 220 verläuft die Logik zu einem Block 226, der die Einstellung des Grenzwerts der Energiespeicherung in der Energiespeichereinrichtung 22 aus 1 auf einen Wert darstellt, der niedriger ist als der, der ansonsten vom Gesamtregler 26 eingestellt würde. Geeignete Anordnungen für den Gesamtregler 26 sind den Fachleuten bekannt. Diese Rücksetzung des Grenzwerts für die Energiespeicherung reduziert wiederum die Energiemenge in der Batterie, so dass Energie in der Batterie ohne Überladung gespeichert werden kann, sobald die Regeneration beginnt.
Von Block 226 aus 2 verläuft die Logik zu einem weiteren Entscheidungsblock 228, der den momentanen Wert des durchschnittlichen Gegendrucks mit dem zweiten Schwellenwert P₂ vergleicht, der den Gegendruck wiedergibt, bei dem die Regeneration beginnen soll. Wenn der momentane Wert des Gegendrucks unter dem zweiten Schwellenwert P₂ liegt, verlässt die Logik den Entscheidungsblock 228 über den Ausgang NO und verläuft zum END-Block 222. Ist der momentane Wert des Gegendrucks gleich oder höher als der Grenz- oder Schwellenwert P₂, verlässt die Logik den Entscheidungsblock 228 über den Ausgang YES und verläuft über einen Pfad 230i zu einem Block 230. Block 230 stellt das Rücksetzen des Sollwerts der vom Gesamtregler 26 aus 1 geregelten Maschinendrehzahl dar, um die Maschine zum unteren Drehzahlbereich zu verlangsamen. Z. B. kann bei einem Diesel/Elektro-Hybridomnibus für den Stadtbetrieb die normale Gesamtsteuerung der Maschinendrehzahl vom Ladezustand der Traktionsbatterie abhängen, vom Traktionsbedarf und von anderen Faktoren. Die vom Filterregler 32 erzeugten Signale erhöhen die Maschinendrehzahl zwar über die Leerlaufdrehzahl, aber halten sie unter der halben Höchstdrehzahl, immer noch geregelt vom Regler 26. Schemata für die Rücksetzung der Regelwerte durch Summierung, Multiplikation oder Substitution sind bekannt. Von Block 230 verläuft die Logik über einen Pfad 230o zu einem Block 232. Block 232 und 234 stellen das Anlegen einer beträchtlichen Last an die Maschine dar. Dies wird erreicht durch das Heraufsetzen des Grenzpegels für die Energiespeicherung in der Batterie nach Maßgabe von Block 232 oder durch das Anlegen elektrischer Energie von der Batterie 22 und dem Generator 14 an eine elektrische Verlusteinrichtung wie den Widerstand 24 nach Maßgabe von Block 234, oder möglicherweise durch beides. Die Logik verläuft dann über einen logischen Pfad 234p zum END-Block 222. Die Erhöhung der Leerlaufdrehzahl auf eine höhere Drehzahl zusammen mit dem Anlegen einer erhöhten Last verhindert das Absinken der Maschinendrehzahl unter die Leerlaufdrehzahl. Die Verringerung der Maschinendrehzahl zusammen mit dem Anlegen einer erhöhten Last erhöht die Abgastemperatur über das hinaus, was sie sonst erreichen würde. Die erhöhte Abgastemperatur unterstützt ihrerseits die Erhöhung der Filtertemperatur bis auf die Regenerationstemperatur.
Es ist anzumerken, dass die Aktion von Block 234 beim Aktivieren eines Lastwiderstands in einem Szenario auftreten kann, in dem die Traktionsbatterie unter ihrem momentanen Grenzwert liegt, aber die regenerative Bremsung stattfindet, so dass der Stromfluss für das Laden der Batterie auf seinem Höchstwert ist. Um die Maschinenabgastemperatur hoch zu halten und die Regeneration fortzusetzen, muss die Last beibehalten werden. Da die Last nicht durch Laden der Batterien beibehalten werden kann, ermöglicht der von Block 234 initiierte Betrieb des Widerstands 24 die Aufrechterhaltung der elektrischen Last auf die Maschine/Generator-Kombination 12, 14.
Nach Abschluss der Regeneration sind die Feststoffe in Filter 30 aus 1 verbrannt und der Gegendruck des Filters sinkt. Unterschreitet der Gegendruck des Filters den zweiten oder höheren Schwellenwert P₂, leitet die Iteration um die Schleife die Logik weg von den logischen Blöcken 230, 232 und 234 aus 2, aber der Status der Regeneration bleibt bestehen, weil diese drei Blöcke nicht zurückgesetzt werden. Die Rücksetzung der von den Blöcken 230, 232 und 234 gesetzten Zustände tritt nur auf, wenn der Gegendruck unter den ersten oder niedrigeren Referenzdruck P₁ fällt. Dann wird die Schleifenlogik vom Ausgang YES des Entscheidungsblocks 220 weggeleitet und verläuft stattdessen zum Ausgang NO. Vom Ausgang NO des Entscheidungsblocks 220 verläuft die Logik zu Block 236 zur Rücksetzung der Maschinendrehzahl und des Grenzladepegels der Batterie auf die volle Regelung durch den Gesamtregler 26 aus 1 und durchläuft auch Block 238 zur Entladung des Lastwiderstands 24. Danach nimmt die Logik ihren Schleifenlauf durch die Blöcke 216, 218, 220, 236, 238 und 222 sowie Pfad 224 wieder auf, bis die Zusetzung mit Feststoffen die Vorregenerierung und Regenerierung erneut auslöst.
In 3 befindet sich ein Entscheidungsblock 310 in dem logischen Pfad zwischen Block 230 und 232 aus 2. Der Entscheidungsblock 310 vergleicht die vom Sensor 36 aus 1 gemessene Filtertemperatur mit einer vorgegebenen Temperatur T_R, welche die Temperatur darstellt, bei der eine ordnungsgemäße Filtenegeneration auftreten soll. So lange die Filtertemperatur über dem Temperaturschwellenwert T_R liegt, verlässt die Logik den Entscheidungsblock 310 über den Ausgang YES und umgeht Block 234. Wenn die gefühlte Filtertemperatur unter der als geeignet geltenden Temperatur liegt, wird die Last erhöht, so dass die Logik Block 234 ansprechen und die resistive Verlusteinrichtung aktivieren kann.
4 zeigt ein Kurvendiagramm, das für einen Cummins Dieselmotor die Intenelation zwischen Maschinendrehmoment gegenüber Maschinendrehzahl mit der Abgastemperatur als Parameter illustriert. In 4 wird jede Isotherme durch ihre in °F angegebene Temperatur gekennzeichnet. Ein im wesentlichen dem in 4 gleichendes Kurvendiagramm kann für jeden anderen Typ oder Hersteller von Dieselmotoren erzeugt werden. Eine digitalisierte oder quantifizierte Darstellung eines dem in 4 ähnlichen Kurvendiagramms wird in ein mit dem Filterregler 32 aus 1 verbundenes ROM oder einen entsprechenden Speicher geladen und steht dem Regler zur Verfügung.
5 ist ein vereinfachter Arbeits- oder Programmablaufplan, der einige Details des logischen Ablaufs in Block 230 aus 2 in einer leicht abweichenden Betriebsart illustriert. Der in 5 illustrierte logische Ablauf steuert nicht nur die Maschinendrehzahl und -last, sondern zusätzlich auch die Maschinenlast in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und der Fahrzeugbeladung, um die Maschinenabgase bei oder über einer Schwellentemperatur zu halten. Die Logik in 5 geht davon aus, dass der Gesamtregler 26 aus 1 zumindest die tatsächliche, dem Traktionsmotor 18 zufließende Energie und die für den verwendeten Filter erforderliche Mindestregenerationstemperatur "kennt", ungeachtet dessen, ob sich das Fahrzeug bewegt oder nicht. In 5 erreicht der logische Ablauf Block 510 über den Pfad 230i. Block 510 stellt die Einstellung eines Standardwerts für die Maschinendrehzahl dar, der über der Leerlaufdrehzahl liegt. Im Hinblick auf das Kurvendiagramm aus 4 gibt Block 510 die Einstellung von z. B. 1000 Upm als Standardmaschinendrehzahl wieder, wenn das Fahrzeug stillsteht, damit ein Abwürgen bei Anlegen einer Last verhindert wird. Diese Standardmaschinendrehzahl ist höher als die Leerlaufdrehzahl, die bei 800 Upm liegen könnte. Von Block 510 verläuft die Logik zu einem Entscheidungsblock 512, der den Energiebedarf des Fahrzeugs prüft, der entweder aus dem durch die Nutzersteuerung 42 aus 1 erzeugten Motordrehmoment-Bedarfssignal oder durch die tatsächliche Messung der in den Motor 18 einfließenden elektrischen Energie bestimmt werden kann. Block 512 vergleicht den Energiebedarf des Fahrzeugs mit der verfügbaren Maschinenenergie. Die verfügbare Maschinenenergie ist das Produkt aus Maschinendrehzahl und Maschinendrehmoment. Die Maschinendrehzahl ist dem Regler bekannt, und das Maschinendrehmoment kann aus der Energie bestimmt werden, die den Generator 14 aus 1 verlässt. Der Gesamtregler 26 hält einen Grenzwert für die Batterieladung aufrecht und passt den Batteriebedarf an, um die gewünschte Ladung aufrechtzuerhalten. Batterieenergiebedarf plus Motorenergiebedarf werden vom Generator unter Steuerung durch den Gesamtregler gedeckt, so dass es einen gewissen endlichen Wert der Generatorleistung bei jeder beliebigen Generatordrehzahl gibt und die Filterreglerlogik aus 5 daher einen gewissen endlichen Wert des Generatorbedarfs und damit der Maschinenlast finden wird. Liegt der Fahrzeugbedarf unter der verfügbaren Energie, verlässt die Logik Block 512 über den Ausgang NO und verläuft zu Block 514. Block 514 stellt die Aufrechterhaltung der Standardmaschinendrehzahl und der momentanen Last dar. Wenn andererseits Block 512 erkennt, dass der Fahrzeugbedarf die verfügbare Energie übersteigt, nimmt die Logik den Ausgang YES und verläuft zu Block 516. Block 516 stellt die Erhöhung der Maschinendrehzahl, und damit der Maschinenenergie, dar, damit der Energiebedarf unter Verwendung der zuvor in den Filterregler geladenen Informationen aus 4 gedeckt und die Abgastemperatur aufrechterhalten wird und sich entlang einer Isotherme bewegt. Vorzugsweise entspricht die Isotherme, entlang der sich die Maschine bewegt, der Mindestregenerationstemperatur T_R, weil eine Abgastemperatur, die höher ist als die gewünschte Regenerationstemperatur, Energie verschwendet. Die Regenerationstemperatur T_R wird vom Filterhersteller festgelegt, liegt aber im Allgemeinen bei etwa 400°C, entsprechend 750°F.
Weitere Ausführungen der Erfindung werden den Fachleuten offensichtlich sein. Wäre das Fahrzeug z. B. eine Zahnradbahn, bestünde das Antriebsrad wohl aus einem Stirnradgetriebe. Hier wurde zwar ein Dieselmotor beschrieben, aber es lässt sich jede beliebige Brennkraftmaschine verwenden. Beschreibungsgemäß wird die Filtertemperatur nur dazu verwendet, die Deaktivierung der erhöhten Maschinenlast zu verhindern, bis die Regeneration eine bestimmte Temperatur erreicht, aber die Fachleute werden erkennen, dass die Temperatur auch zur Regelung des Grenzwerts der erhöhten Last verwendet werden kann, so dass eine zu geringe Temperatur während der Regeneration eine erhöhte Abgastemperatur zur Folge hat.
Demnach weist allgemein ein Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltern oder "Fallen" im Zusammenhang mit einem Elektro-Hybridfahrzeug den Schritt der Messung des Gegendrucks des Filters und der Anpassung der Maschinenparameter auf, sobald der Gegendruck einen bestimmten Wert überschreitet, um die Abgastemperatur zur Unterstützung der Regeneration zu erhöhen. In einer Betriebsart werden Maschinendrehzahl und Maschinenlast auf bestimmte Grenzwerte zurückgesetzt. In einer anderen Version, in der die Maschinenlast eine Energiespeichereinrichtung wie z. B. eine Batterie aufweist, umfasst die Erhöhung der Last den Schritt der Erhöhung des Grenzwerts für den Batterieladepegel. Außerdem wird für Situationen, in denen die Batterie keine Ladung mehr aufnehmen kann, eine resistive Verlusteinrichtung mit einer elektrischen Quelle gekoppelt, um die Last zu erhöhen. In noch einer anderen Version wird die Verwendung eines elektrischen Widerstands von der Temperatur des Filters während der Regeneration abhängig gemacht.
Im Einzelnen: Ein Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung dient der Reinigung eines regenerativen Partikelfilters oder einer "Falle" 36, der oder die mit einer partikelausstoßenden Brennkraftmaschine 12 verbunden ist. Das Verfahren weist den Schritt der Durchleitung der Abgase der Maschine (12) durch einen regenerativen Partikelfilter (36) zur Entfernung von Partikeln aus dem Filter(36)-Ausfluss(31) oder aus den ausgestoßenen Gasen. Ein Filtergegendrucksignal wird erzeugt (34). Das Gegendrucksignal gibt den durchschnittlichen Gegendruck des Filters (36) wieder. Der Schritt des Erzeugens eines Gegendrucksignals, das den Durchschnittsgegendruck wiedergibt, kann durch die Erzeugung einer Reihe von momentanen Gegendrucksignalen (216) und Integrierung (218) der Signale in bekannter Weise zur Erzeugung eines Durchschnitts implementiert werden. Sobald das Durchschnittsgegendrucksignal einen festgelegten Schwellenwert (P₂) erreicht, wird die Maschine (12) auf einen unteren Drehzahlbereich eingestellt, der jedoch über der Leerlaufdrehzahl liegt, und die Maschinenlast (12) wird erhöht (230, 232, 234), wodurch sich die Temperatur der Maschinen(12)-Abgase (31) und des Filters (36) erhöht und damit die Regeneration des Filters (36) unterstützt wird.
In einer bestimmten Betriebsart des Verfahrens der Erfindung weist der Schritt (230, 232, 234) der Erhöhung der Last den Schritt der Anpassung eines elektrischen Energieerzeugers (14, 26) auf, der von der Maschine (12) für die Erzeugung erhöhter elektrischer Energie angetrieben wird, und das Anlegen der erhöhten elektrischen Energie an eine elektrische Last (232, 234). In einer Version dieser Betriebsart weist der Schritt des Anlegens der erhöhten elektrischen Energie (232, 234) den Schritt des Anlegens zumindest eines Teils der erhöhten elektrischen Energie an eine resistive Verlusteinrichtung (234) auf. Eine Ausführung einer resistiven Verlusteinrichtung ist ein diskreter Widerstand. In einer anderen Version dieser Betriebsart weist der Schritt (232, 234) des Anlegens der erhöhten elektrischen Energie an eine elektrische Last den Schritt (232) des Anlegens zumindest eines Teils der erhöhten elektrischen Energie an eine Speichereinrichtung für Traktionsenergie wie z. B. eine Batterie oder einen Ultrakondensator auf.
In einer besonders vorteilhaften Betriebsart dieser Erfindung wird ein zweiter Schwellenwert (P₁) festgelegt, der einen niedrigeren Gegendruck als der erstgenannte Schwellenwert (P₂) wiedergibt. Über diesem zweiten Schwellenwert (P₁) wird die Speichereinrichtung für Traktionsenergie bis zu einem Grenzwert geladen, der einen niedrigeren Energiepegel wiedergibt als sonst erreicht würde, so dass die der erhöhten Last zufließende Energie später ohne Überladung in der Speichereinrichtung für Traktionsenergie gespeichert werden kann. In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Schritt der Regelung der erhöhten Last zumindest teilweise durch die Filter(36)-Temperatur gesteuert.

Claims

Verfahren zur Reinigung eines regenerativen Partikelfilters, der einer internen partikelausstoßenden Brennkraftmaschine zugeordnet ist, mit den folgenden Schritten: Durchleitung der Abgase der Maschine durch einen regenerativen Partikelfilter zur Entfernung von Partikeln aus dem Filterdurchfluss; Erzeugung eines Gegendrucksignals, das dem Durchschnittswert des Gegendrucks des Filters entspricht; Verringerung der Motordrehzahl zu einem unteren Drehzahlbereich und Erhöhung der Maschinenlast, sobald das Gegendrucksignal einen festgelegten Schwellenwert erreicht, wodurch sich die Temperatur sowohl der Abgase als auch des Filters zwangsläufig erhöht und damit die Regenerierung des Filters unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erhöhung der Maschinenlast den Schritt der Anpassung eines von dieser Maschine angetriebenen elektrischen Erzeugers zur zusätzlichen Erzeugung elektrischer Energie aufweist, und dass diese zusätzliche elektrische Energie an eine elektrische Last angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens der zusätzlichen elektrischen Energie das Anlegen zumindest eines Teils der zusätzlichen elektrischen Energie an eine resistive Verlusteinrichtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens zumindest eines Teils dieser zusätzlichen elektrischen Energie den Schritt der Abgabe an einen Lastwiderstand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens der zusätzlichen elektrischen Energie an eine elektrische Last den Schritt des Anlegens zumindest eines Teils dieser zusätzlichen elektrischen Energie an eine Speichereinrichtung für Traktionsenergie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Schritt den Schritt des Anlegens zumindest eines Teils dieser zusätzlichen elektrischen Energie an eine Traktionsbatterie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren den weiteren Schritt aufweist, dass bei einem zweiten Schwellenwert des Gegendrucksignals, der einen Gegendruck unter dem ersten Gegendrucksignal wiedergibt, die Speichereinrichtung für die Traktionsenergie teilweise entladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass darüber hinaus die erhöhte Last abhängig von der zumindest in einem Teil des Filters herrschenden Temperatur gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Maschinenlast abhängig von dem Zugkraftbedarf des Fahrzeugs geändert wird, um den Maschinenbetrieb nahe einer Drehmoment-Geschwindigkeit-Temperatur-Isotherme zu halten.