DE60218804T2

DE60218804T2 - Leistungssteuerungsverfahren in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Partikelfilter

Info

Publication number: DE60218804T2
Application number: DE60218804T
Authority: DE
Inventors: Georges Hekimian
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2022-12-07
Also published as: DE60218804D1; EP1319812A1; FR2833301A1; EP1319812B1; FR2833301B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwalten der Energie in einem Kraftfahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor und einem Partikelfilter ausgestattet ist. Sie zielt insbesondere darauf ab, die Regenerierungseffizienz des Partikelfilters in einem solchen Fahrzeug zu verbessern.
Für Dieselmotoren und insbesondere für Personenkraftfahrzeuge kennt man bereits Partikelfilter, die dazu bestimmt sind, die Partikelabgaben dieser Motoren zu verringern. Die für Kraftfahrzeuge geltenden Schadstoffnormen werden immer strenger und der Gebrauch eines Partikelfilters ist derzeit die effizienteste Lösung, um die Abgaben von schädlichen Partikeln zu verringern.
Auf der Auspuffleitung des Motors angebracht, erlaubt es dieser Partikelfilter bei den Ladephasen des Filters, die Partikel durch Durchgehen der Abgase durch eine porige Wand des Filters zu sammeln. Dann wird während der Regenerierungsphase der von den Ansammlungen von Partikeln, die auf der porigen Wand zurückgehalten werden, gebildete Ruß durch Verbrennen eliminiert. Dieses Verbrennen erfordert im Allgemeinen eine hohe Temperatur in der Größenordnung von 500 bis 600 °C, die auf verschiedene Arten erzielt werden kann, insbesondere aber, indem man die Abgase vorübergehend auf eine Temperatur anhebt, die ausreicht, um dieses Verbrennen sicherzustellen.
Der Regenerierungsprozess ist daher komplex und erfordert eine entsprechende Steuerung des Funktionierens des Motors, um zum Beispiel zu vermeiden, dass starke Wärmegradienten den Filter beschädigen. Ferner muss das Regenerierungsverfahren zuverlässig und automatisch wiederholbar sein und zwar ohne dass Variationen von Betriebsbedingungen des Motors unter normalen Verkehrsbedingungen für den Benutzer, zum Beispiel für den Fahrer des Fahrzeugs wahrnehmbar sind.
Um die Temperatur der Abgase zu erhöhen, kann man zum Beispiel die Einstellungen des Motors ändern, um die mechanische Leistung der Verbrennung zu degradieren, was korrelativ eine Steigerung der von den Abgasen abgeführten Energie am Ausgang des Motors bewirkt.
Diese Lösung wurde für Hybridfahrzeuge vorgeschlagen. Das Patent FR 2 805 222 beschreibt ein Hybridzugsystem gemäß welchem man eine Temperatursteigerung der Abgase verursacht, die einen Partikelfilter regenerieren kann, indem der Verbrennungsmotor vorübergehend durch die elektrische Maschine belastet wird, die an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist, und die in der Regenerierungsphase zum Überlasten des Verbrennungsmotors als Lichtmaschine funktioniert.
Es ist im Laufe dieses Überlastens auch möglich, einen Teil der zusätzlich von dem Verbrennungsmotor in Überlast gelieferten Energie zurückzugewinnen, die dann wiedergegeben wird, um für das Fahren des Fahrzeugs zu dienen. Das Dokument US 5 327 992 beschreibt ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung eines Hybridfahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor, der dazu geeignet ist, elektrische Energie zu verbrauchen oder zu liefern, aufweist. Dieses Verfahren besteht während bestimmten Phasen darin, die Versorgungsbatterie des Elektromotors aufzuladen, damit diese die Aufgabe des Verbrennungsmotors komplett oder teilweise während anderer Betriebsphasen übernehmen kann. Dazu verwendet man den Unterschied zwischen dem Moment, das der Verbrennungsmotor liefert, und dem Mindestmoment, das dieser liefern muss, um die Fahrwiderstände des Fahrzeugs auszugleichen, um den Elektromotor als Generator anzutreiben, um die Batterie aufzuladen. Die zurückgewonnene und während dieser Überlastung gespeicherte Energie kann verschiedene Verwendungszwecke haben, insbesondere und wie in dem Dokument DE 3 842 632 beschrieben, kann sie aber zum Versorgen des Elektromotors dienen, um das Fahrzeug in bestimmten verschmutzten Verkehrszonen nur mit seinem Elektromotor fahren zu lassen.
Ein weiteres bekanntes Mittel zum Erhitzen der Abgase vor ihrer Ankunft auf dem Partikelfilter besteht darin, die Exothermizität eines Oxydationskatalysators zu verwenden, der auf der Abgaslinie stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist. Die Abgase am Ausgang des Motors enthalten nämlich naturgemäß unverbrannte Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxid CO, die auf dem Oxydationskatalysator oxidiert werden. Diese Oxydationsreaktion ist selbst exotherm und erhitzt daher die Abgase, wenn sie das Katalysatorelement durchqueren und bringt sie daher auf eine Temperatur, die besser dazu geeignet ist, das Verbrennen der Partikel in dem Partikelfilter zu verursachen.
Man kann diese exotherme Wirkung des Katalysators übrigens erhöhen, indem man die Einstellungen des Motors verändert, damit er mehr CO und HC erzeugt, und kann so die Energie der Oxydationsreaktionen auf dem Katalysator steigern. Natürlich ergibt sich dieser Effekt nur, wenn der Oxydationskatalysator selbst gezündet wird, das heißt, wenn er eine ausreichende Innentemperatur erreicht hat, um die Oxydationsreaktionen auszulösen.
Auf jeden Fall erfolgt das Steuern des Steigerns der Temperatur der Abgase eigentlich durch eine Änderung der Kraftstoffeinspritzparameter in den Motor, um auf die Zusammensetzung der Abgase einzuwirken.
Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist in dem Dokument WO 01 563 664 beschrieben und insbesondere ein Verfahren, das darauf abzielt, eine vorübergehende Steigerung der Abgase durch eine Steigerung der Motorlast zu erzielen, insbesondere, um einen Partikelfilter zu regenerieren. Diese Laststeigerung erzielt man durch Inbetriebnehmen eines elektrischen, mechanischen oder hydraulischen Energieverbrauchers, zum Beispiel eines Heizsystems oder einer Klimaanlage, und indem man die Momentverringerung durch eine Regelung der Menge eingespritzten Kraftstoffs ausgleicht.
Die Verwaltung dieses Prozesses ist effizient aber komplex, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass man ferner Motoreinstellparameter berücksichtigen muss, die dessen entsprechendes Funktionieren in mechanischer Hinsicht sicherstellen können, wobei die Betriebsbedingungen in dem Fall eines Kraftfahrzeugmotors sehr variabel sind. Beispielhaft können die Parameter, die das Regenerieren des Partikelfilters auslösen, eine vorbestimmte Dauer ab dem vorhergehenden Regenerieren sein, die zum Beispiel als gefahrene Entfernung geschätzt wird, oder die Messung eines Differenzdrucks zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filters, der einen Verstopfungshinweis bildet, oder auch eine Schätzung der Partikelproduktion, die ausgehend von den Betriebsparametern des Motors berechnet wird.
In bestimmten Fällen geringer oder sehr geringer Motorlast, zum Beispiel beim Leerlauf während längerer Zeitspannen, kann der Temperaturanstieg trotz allem unzureichend bleiben, und das Regenerieren des Partikelfilters kann daher nicht richtig erfolgen.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Probleme zu lösen und zielt insbesondere darauf ab, die Effizienz des Regenerierens der Partikelfilter zu verbessern.
Mit diesen Zielsetzungen hat die Erfindung ein Verfahren zum Verwalten der Energie in einem Kraftfahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor und einem Partikelfilter ausgestattet ist, zur Aufgabe.
Um das Regenerieren des Partikelfilters bei einer Regenerierungsphase zu verbessern, verursacht man während einer beschränkten Dauer eine Steigerung der Motorlast, indem man eine Steigerung der von einem Antriebsenergie verbrauchenden Organ verbrauchten Antriebsenergie, das von dem Motor angetrieben wird, steuert, so dass diese vorübergehende Steigerung der Last ein Erhöhen der Temperatur der Abgase auf einen ausreichenden Temperaturwert und während einer ausreichenden Dauer bewirkt, um dieses Regenerieren sicherzustellen.
Dieses Verfahren ist speziell dadurch bemerkenswert, dass das Antriebsenergie verbrauchende Organ ein Generator für speicherbare Energie ist, das heißt eine Vorrichtung, die selbst Sekundärenergie liefert, die zumindest zeitweilig in einer Energiereserve gespeichert werden kann. Die so während der Regenerierungsphase des Partikelfilters gesammelte Sekundärenergie kann nach der Regenerierungsphase entweder an die Organe des Fahrzeugs, die übliche Verbraucher dieser Energie bilden, oder an den Motor selbst zurückgegeben werden.
Das Steigern der Motorlast während einer beschränkten Dauer wird daher bestimmt, um auszureichen, um das Regenerieren des Partikelfilters sicherzustellen. Sobald das Regenerieren erfolgt ist, kann das Antriebsenergie verbrauchende Organ so gesteuert werden, dass sein Energieverbrauch auf ein normales Niveau zurückgeführt wird, so dass auch der Motor seine normale Last wieder findet.
In dem ersten Fall kann das Antriebsenergie verbrauchende und speicherbare Sekundärenergie erzeugende Organ, zum Beispiel ein Wechselstromgenerator oder ein Kompressor so gesteuert werden, dass er während mindestens einer bestimmten Zeit keine oder weniger der Energie verbraucht, die von dem Motor geliefert wird, was daher die Motorlast während der Ladeperioden des Partikelfilters zwischen zwei Regenerierungsperioden verringert. Die verbrauchenden Zubehörteile der speicherbaren Energie können daher normal funktionieren, indem sie die zuvor als Überschuss gespeicherte Energie verwenden, so dass das Energieniveau der Energiereserve bis zu einem Mindestschwellenwert verringert wird. Dieses verringerte Energieniveau erlaubt es daher, einen neuen Speicherzyklus bei der darauf folgenden Regenerierungsphase zu beginnen.
In dem zweiten Fall, zum Beispiel beim Gebrauch einer Trägheitsscheibe, die mit dem Motor gekoppelt ist, kann die in der Scheibe während der Überlastphase des Motors gespeicherte Energie direkt an den Motor nach dem Regenerieren des Filters zurückgegeben werden, um einen Zusatz an mechanischer Energie direkt an den Motor zu liefern.
Wenn man ein Energie verbrauchendes und speicherbare Energie erzeugendes Organ verwendet, und wenn man ferner ein zukünftiges Auslösen einer Regenerierungsphase kennt, kann man auch absichtlich ausgehend von einem vorbestimmten Augenblick vor dem Auslösen des Regenerierens automatisch aufhören, diese speicherbare Energie zu produzieren und dadurch die Energiereserve vorwegnehmend verringern, um sie im Augenblick des Regenerierens wiederherstellen zu können, indem man die Motorlast erhöht.
Die Erfindung hat auch einen Verbrennungsmotor zur Aufgabe, der mit einem Partikelfilter ausgestattet ist und einen Rechner aufweist, der dazu bestimmt ist, das oben definierte Verfahren umzusetzen.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Fahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor und einem Partikelfilter ausgestattet ist.
Es wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 eine Grafik ist, die die Variationen der Energie E_m veranschaulicht, die erforderlich ist, um vorübergehend ein Energieproduktionsorgan anzutreiben und daher eine Variation der Motorlast zu schaffen, die die Abgastemperatur steigern und das Regenerieren des Partikelfilters erlauben kann,
2 eine entsprechende Grafik ist, die das Ansteigen des Sekundärenergieniveaus E_s der Energiereserve während der Regenerierungsphase des Partikelfilters zeigt, dann sein Verringern nach dieser Phase, das sich aus dem Verbrauch der gespeicherten Energie durch Zubehörteile ergibt, die diese gespeicherte Energie verbrauchen,
3 und 4 Figuren sind, die den 1 und 2 entsprechen, in dem Fall, in dem man die Regenerierungsphasen des Partikelfilters vorwegnimmt, indem man ein absichtliches Senken des Niveaus der Sekundärenergie E_s, die vor den Regenerierungsphasen gespeichert wurde, verursacht.
In 1 entspricht der Teil 11 des Verlaufs einer Situation, bei der das mechanische Energie verbrauchende Organ vom Motor abgekoppelt ist oder entspricht einem mittleren Energieverbrauch durch ein solches Organ, das von dem Motor angetrieben wird, zum Beispiel eines Mittels zum Erzeugen elektrischer Energie, wie zum Beispiel eines herkömmlichen Wechselstromgenerators, die in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, oder eines Klimaanlagenkompressors oder jedes anderen pneumatischen, elektrischen, hydraulischen oder sogar mechanischen Organs, das einen Teil der von dem Motor gelieferten mechanischen Gesamtenergie verbraucht.
Ausgehend von dem Augenblick t1 steuert man das Energie verbrauchende Organ entweder, indem man es mit dem Motor verbindet, oder indem man es so steuert, dass es Energieverbraucher wird oder seinen Energieverbrauch im Vergleich zum Durchschnitt erhöht. Der Teil 12 des Verlaufs entspricht daher einer Steigerung der verbrauchten mechanischen Energie Em, daher einer gesteigerten Last an dem Motor, die es erlaubt, die Temperatur der Abgase zu steigern und so das Regenerieren des Partikelfilters sicherzustellen.
Der entsprechende Teil 22 des Verlaufs der 2 stellt das Zunehmen des Energieniveaus Es in der Energiereserve dar, wie zum Beispiel die Ladung einer Speicherbatterie, zum Beispiel, wenn das mit dem Motor verbundene Organ ein Wechselstromgenerator ist, oder den Druck eines Fluids in einem Druckbehälter in dem Fall des Gebrauchs eines Energie verbrauchenden Organs, das pneumatische Energie erzeugt. In dem Fall des Gebrauchs einer Trägheitsscheibe, die von dem Motor als Energiespeichermittel angetrieben wird, ergibt das daher eine Steigerung der Drehzahl dieser Scheibe.
Das gespeicherte Sekundärenergieniveau steigt daher während der ganzen Regenerierungsphase des Partikelfilters.
Sobald das Regenerieren beendet ist, im Augenblick t2, kann das Antriebsenergie verbrauchende Organ von dem Motor abgekoppelt oder so gesteuert werden, dass es keine speicherbare Sekundärenergie mehr liefert, was die Last verringert, die an den Motor angelegt wird, indem die an das Organ gelieferte Energiemenge, die durch den Abschnitt 13 der Grafik der 1 dargestellt ist, wegfällt oder zumindest verringert wird. Die gespeicherte Energiemenge sinkt daher, wie von dem Abschnitt 23 des Verlaufs der 2 dargestellt, durch Verbrauchen dieser Energie durch die entsprechenden Zubehörteile, wie zum Beispiel alle elektrischen Zubehörteile, die daher die Batterie bis zu einem Niveau 24 entladen, das es erlaubt, einen neuen Regenerierungszyklus auszuführen. Die mechanische Energie verbrauchenden Organe können daher erneut gesteuert werden, so dass sie Energie erzeugen, gegebenenfalls, ohne auf eine neue Regenerierungsphase zu warten, um die gespeicherte Energie auf einem Niveau zu halten, das ausreicht, um die erforderlichen Funktionen in dem Fahrzeug sicherzustellen, wobei die Organe daher erneut Antriebsenergieverbraucher auf einem mittleren Niveau sind, das von dem Verlaufsabschnitt 14 veranschaulicht ist.
Wenn man es versteht, die Regenerierungsphasen vorwegzunehmen, kann man das oder die Energie verbrauchenden Organe so steuern, dass sie eine bestimmte Zeit vor dem Regenerieren (Abschnitt 32 der Kurve der 3) aufhören, ihre speicherbare Energie zu erzeugen. Das gespeicherte Energieniveau sinkt daher (Abschnitt 42 des Verlaufs der 4) bis zu einem vorbestimmten Minimum, um im Wesentlichen in dem Augenblick, in dem das Regenerieren gestartet wird, erreicht zu werden. Man steuert daher ein Aktivieren der Antriebsenergie verbrauchenden Organe, was eine vorübergehende Erhöhung der Last des Motors verursacht (Abschnitt 33 des Verlaufs der 3), die die Temperatur der Abgase erhöht und das Regenerieren des Partikelfilters ausführen kann. Während dieser Zeit steigt das Energieniveau der Energiereserve (Verlauf 43), bis es sein mittleres Niveau, veranschaulicht durch den Verlauf 44, wieder erreicht. Die Energie verbrauchenden Organe können daher entweder gesteuert werden, um sie von dem Motor abzukoppeln, oder um sie in einen Zustand des mittleren Verbrauchs von Antriebsenergie, veranschaulicht von dem Verlauf 44, zurückzubringen.
Um vorübergehend die Motorlast zu erhöhen, kann man auch andere Mittel verwenden, wie zum Beispiel eine Steigerung der Reibungen in dem Schaltgetriebe in dem Fall eines Schaltgetriebes, das von einem Rechner verwaltet wird, wie zum Beispiel ein automatisches oder automatisiertes Schaltgetriebe.

Claims

Verfahren zum Verwalten der Energie in einem Kraftfahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Partikelfilter ausgestattet ist, wobei man, um das Regenerieren des Partikelfilters bei einer Regenerierungsphase zu verbessern, während einer beschränkten Dauer eine Steigerung der Motorlast verursacht, indem man eine Steigerung (12) der von einem Antriebsenergie verbrauchenden Organ, das von dem Motor angetrieben wird, verbrauchten Antriebsenergie steuert, so dass diese vorübergehende Steigerung der Last ein Erhöhen der Temperatur der Abgase auf einen Temperaturwert nach sich zieht, der ausreicht und lang genug dauert, um das Regenerieren sicherzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsenergie verbrauchende Organ ein Generator für speicherbare Energie ist, der Sekundärenergie liefert, die zumindest vorübergehend in einer Energiereserve gespeichert und nach der Regenerierungsphase an die Organe des Fahrzeugs, die gewöhnlich Verbraucher dieser Sekundärenergie bilden, zurückgegeben werden kann.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Regenerierungsphase des Partikelfilters angesammelte Sekundärenergie nach der Regenerierungsphase an den Motor selbst zurückgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsenergie verbrauchende Organ so gesteuert wird, dass es während mindestens einer bestimmten Zeit keine oder weniger von dem Motor gelieferte Energie verbraucht, um die Motorlast während der Ladeperioden des Partikelfilters zwischen zwei Regenerierungsperioden zu verringern, wobei Zubehörteile, die die speicherbare Energie verbrauchen, funktionieren, indem sie die zuvor gespeicherte überschüssige Energie so verwenden, dass das Energieniveau der Energiereserve verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsenergie verbrauchende Organ eine Wechselstromlichtmaschine oder ein Kompressor ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsenergie verbrauchende Organ eine Trägheitsscheibe ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Antriebsenergie verbrauchende und speicherbare Energie erzeugende Organ verwendet, und dass man absichtlich ab einem vorbestimmten Augenblick vor dem Auslösen der Regenerierung stoppt, diese speicherbare Energie zu erzeugen, um vorwegnehmend die Energiereserve kleiner werden zu lassen, um sie im Augenblick der Regenerierung durch Steigern der Motorlast wiederherstellen zu können.
Verbrennungsmotor, ausgestattet mit einem Partikelfilter, der einen Rechner aufweist, der dazu bestimmt ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umzusetzen.