EP4463622A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung einer verbrennungsantriebseinheit und einer oder mehreren damit verbundenen komponenten zur reinigung und/oder behandlung von deren abgasen - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur steuerung einer verbrennungsantriebseinheit und einer oder mehreren damit verbundenen komponenten zur reinigung und/oder behandlung von deren abgasenInfo
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- EP4463622A1 EP4463622A1 EP23716805.9A EP23716805A EP4463622A1 EP 4463622 A1 EP4463622 A1 EP 4463622A1 EP 23716805 A EP23716805 A EP 23716805A EP 4463622 A1 EP4463622 A1 EP 4463622A1
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- F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for controlling/regulating a combustion drive unit and one or more controllable/regulating components associated therewith for cleaning and/or treatment of their exhaust gases for a vehicle.
- the invention relates to a vehicle with a combustion drive unit and one or more components connected thereto for cleaning and/or treating their exhaust gases and with a similar device.
- the invention relates to a system with at least one vehicle with a combustion drive unit and one or more components connected thereto for cleaning and/or treating their exhaust gases, the vehicle having a similar device and a navigation device at least for determining the current position of the vehicle, and a central location (for example a central server) that provides air pollution data and transmits it to the at least one vehicle.
- a central location for example a central server
- the object of the invention is to provide a device and a method for controlling a combustion drive unit and associated components for cleaning and/or treating their exhaust gases/emissions for a vehicle, which contribute to reducing the concentration of harmful gases and particles in the earth's atmosphere near the ground depending on the current and/or a predicted - ie predicted for a future - state of the earth's near-surface atmosphere.
- the invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and refinements are the subject of the dependent claims. Further features, possible applications and advantages of the invention result from the following description and the explanation of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures.
- a first aspect of the invention relates to a device for controlling a combustion drive unit, one or more controllable unit(s) connected thereto for cleaning and/or treating their exhaust gases and a controllable fuel mixing unit for a vehicle F, where the fuel mixing unit can be supplied with a first fuel from a first fuel reservoir and a second fuel from a second fuel reservoir, by means of the fuel mixing unit fuel with an adjustable mixing ratio M can be generated from the first and the second fuel, which is supplied to the combustion drive unit during operation, and the first Fuel and the second fuel have a different chemical composition and / or were produced by different manufacturing processes, comprising: a first interface at which air pollution data LVD (POS, t) representative of the near-earth atmosphere are provided for positions POS in a traffic route network, with Variable POS: position on the earth's surface in 2D or 3D, variable t: time; a second interface at which a position POS F (t) of the vehicle F in the traffic network is provided; and a control unit, which, depending on the
- the device enables specific control/regulation of both the combustion drive unit and the associated components for cleaning and/or treating their exhaust gases, which is dependent on a local pollution situation in the earth's atmosphere near the ground - represented by the air pollution data LVD (POS, t). , as well as the fuel mixing unit and therefore the control/regulation of the mixing ratio of the first fuel and second fuel, which is supplied to the combustion drive unit for operation.
- the mixing ratio M of the first fuel and second fuel can fundamentally vary continuously in the range of 100% first fuel to 100% second fuel and any mixing ratio in between (e.g. 50% first fuel and 50% second fuel or 30% first fuel and 70% second fuel).
- the combustion drive unit is advantageously designed and set up to be operable with only the first fuel, with only the second fuel and a mixture of both fuels.
- More environmentally friendly fuels for combustion drive units are currently being developed and some are already available on the market, although in the foreseeable future they will be more expensive than conventional fuels (petrol, diesel, etc.).
- These more environmentally friendly fuels are, for example, synthetic and/or sustainably produced fuels (e.g. “Shell GTL”, ethanol,..., so-called “DropIn Fuels”, etc.), whose use in combustion drive units advantageously results in fewer harmful gases being produced and/or emitted /or the fuels are made from renewable resources.
- the first fuel is advantageously such an environmentally friendly fuel and the second fuel is a conventional fuel.
- the first fuel (environmentally friendly fuel) and the second fuel (conventional fuel) differ in their chemical composition.
- environmentally friendly fuels (first fuel) with the same chemical composition as conventional fuels can also be characterized by a sustainable production process and/or the use of other renewable raw material sources.
- the proposed device can thus be used to control the operating parameters of the combustion drive unit, the components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and by means of the air pollution data LVD(POS, t) dependent control of the exhaust gases generated during operation of the combustion drive unit or emitted by it
- Fuel mixing unit set mixing ratio M of the fuel used can be optimally controlled.
- a conventional and (currently) cheap fuel can be supplied as a second fuel to 100% of the combustion drive unit if, according to air pollution data LVD (POS, t) at the position POS, there is no or only very little air pollution, and if According to air pollution data LVD(POS, t) there is higher air pollution and the mixing ratio M is increasingly shifted in favor of the first fuel (environmentally friendly).
- the proposed device thus enables in particular a significant reduction in pollutant emissions despite the continued use of conventional fuels in combination with the use of more environmentally friendly / sustainably produced fuels, where there are already tense or foreseeable tense air pollution situations.
- the proposed device advantageously comprises a database which contains a large number of control/regulation parameters and/or control and/or regulation algorithms for controlling/regulating the combustion drive unit, the associated components for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit for contains a variety of different classes/scenarios/categories of air pollution data LVD(POS, t), and thus enables appropriate control/regulation depending on the air pollution data LVD(POS, t) provided.
- both the combustion drive unit and the associated component(s) for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit are each assigned for “normal operation” or “normal operating mode”.
- Normal control/regulation parameters and/or “normal control/regulation algorithms” or a “normal” Mixing ratio M 0 "are defined and stored in the database, with which the combustion drive unit, the associated components for cleaning and / or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit are controlled / regulated / switched by the control unit in "normal operating mode".
- the “normal operating mode” and the associated control/regulation of the combustion drive unit, the associated component(s) for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit are preferably always active when none of the values of the components KOMP n (POS, t ) the air pollution data LVD(POS, t) transmitted to the proposed device reaches or even exceeds a limit value GW(KOMP n ) specified for the respective component KOMP n and also stored in the proposed device (e.g. also in the database mentioned). If the air is sufficiently pure/clean, the combustion drive unit, the associated components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit are controlled/regulated with the assigned “normal control/regulation parameters” and/or “normal control/ - Control algorithms”.
- these normal parameters/normal control algorithms in the “normal operating mode” are optimized to an optimum with regard to the achievable drive power, acceleration, final speed, etc. of the combustion drive unit and the lowest possible emissions generated.
- the normal parameters/normal control algorithms in the “normal operating mode” are also optimized to meet registration-relevant criteria for the vehicle F in question.
- the combustion drive unit, the associated components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit are controlled/regulated depending on the air pollution data LVD(POS, t) provided in a so-called “emission-reduced mode” with the air pollution data LVD( POS, t) dependent control parameters and/or specifically changed control algorithms compared to the “normal operating mode”.
- the control unit achieves the optimum of the "normal operating mode” described above, possibly at the expense of, for example, the achievable drive power etc.
- control unit becomes the controller /Control of the combustion drive unit, the components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit activate a "reduced emission mode" instead of the previously active "normal operating mode".
- reduced emission mode assigned control parameters are stored in the control unit for this purpose.
- a switch from the “normal operating mode” to the “emission-reduced mode”, ie a correspondingly changed control/regulation by the control unit takes place automatically, ie if there are corresponding limit value violations in the transmitted air pollution data LVD(POS, t).
- the switch from the “normal operating mode” to an “emission-reduced mode” therefore particularly preferably only takes place after a release signal has been provided to the control unit via a fourth interface, the release signal preferably coming from an input unit in the vehicle that is set up for acoustic, haptic, optical and/or mechanical input F is generated, which can be operated by the driver.
- This is preferably preceded by the fact that after detecting at least one limit value exceedance for a component in the transmitted air pollution data LVD(POS, t), a first warning signal is generated by the control unit and provided at a fifth interface of the device.
- This first warning signal is preferably output by an output unit in the vehicle F connected to the fifth interface, so that the driver is informed about a current limit value being exceeded in the transmitted air pollution data LVD(POS F (t) and a related, pending but not yet executed application of a changed Control/regulation of the combustion drive unit, the components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit is informed in an “emission-reduced mode”. Since this changed control/regulation in particular of the combustion drive unit, as stated above, also has an impact on the drive power, that acceleration capacity etc. of the vehicle F, the driver can now decide, depending on the driving situation, for example, by making a corresponding entry into the vehicle's input unit, whether or when the "emission-reduced mode" should be activated.
- This list of limit values is not exhaustive and, depending on the requirements, can also take additional parameters into account and/or be much more complex.
- the combustion drive unit, the associated components for cleaning and / or Treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit are therefore carried out by the proposed device, instead of in the “normal operating mode” in “ “emission-reduced mode” controlled/regulated depending on the air pollution data LVD(POS F (t), t) and advantageously dependent on the presence of a release signal for activating a "reduced-emission mode” with specifically specified control and regulation parameters and/or control and regulation algorithms, that lead to a specific reduction in emissions.
- these control parameters and/or control algorithms for the “emission-reduced mode” are each stored in a database for specifically assigned air pollution data LVD(POS, t) in the control unit.
- control parameters and/or control algorithms for the “emission-reduced mode” can be used from the proposed Device can be loaded via an interface for mobile Internet from a network provider (e.g. server, etc.) and/or as an update.
- the proposed device is described in more detail below.
- the term “controls/regulations” also includes “switching”.
- the term “combustion drive unit” is understood broadly; in the present case, but not exclusively, it includes a diesel engine or a gasoline engine or a turbomachine (turbine) or a Wankel engine or a free-piston linear generator or a hybrid combustion drive unit with an internal combustion engine and an electric motor.
- Possible fuels for the combustion drive unit include, for example: gasoline or diesel or synthetic fuels, sustainably produced fuels, hydrogen or natural gas, etc.
- the combustion drive unit can include one or no controllable/adjustable transmission.
- the term “combustion drive unit” includes all machines that generate a mechanical force and/or a mechanical moment, which require solid, liquid and/or gaseous fuels for their operation and, as a result of their operation, gaseous or particulate fuels, in particular primarily (i.e. directly) harmful to health Generate emissions or produce emissions that contribute to the formation of secondary harmful pollutants through chemical and/or physical reactions in the earth's near-surface atmosphere.
- components for cleaning and/or treating exhaust gases from the combustion drive unit advantageously and not exhaustively includes: ⁇ a controllable/regulatable particle filter, ⁇ a controllable/regulatable NO x absorber/NO x adsorber, ⁇ a controllable/controllable controllable NO a controllable/adjustable absorber for VOC/adsorber for VOC, and/or ⁇ a controllable/adjustable oxidation catalyst for VOC.
- the term “components for cleaning and/or treating exhaust gases from the combustion drive unit” includes all devices known in the prior art for cleaning and treating exhaust gases, in particular filter devices, active or passive absorber devices/adsorber devices, active or passive catalysts, etc at least reduce the emission of harmful exhaust gases from the combustion drive unit.
- the term “traffic route network” describes at least part of the earth's surface with predetermined routes for vehicles, in particular for land vehicles, watercraft and rail vehicles, for example in the form of paths, streets, motorways, parking lots, railways, waterways, etc. The term is included is not limited to the predetermined route (e.g.
- first”, “second”, “third”, “fourth” and “fifth interface” are advantageously understood as electrical interfaces and/or as electromagnetic interfaces and/or as optical fiber interfaces and/or radio interfaces, in particular as interfaces which involves data, communication and/or command exchange between the proposed device and - the device which provides the air pollution data LVD(POS, t) (first interface), - the device which provides the position POS F (t) of the vehicle F in the traffic network (second interface), - the combustion drive unit, the associated controllable/adjustable components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit (third interface), - the input unit in a vehicle F, which provides the release signal for activation a “reduced emission mode” (fourth interface), and - the output unit in a vehicle F, which outputs a warning signal generated
- air pollution data LVD(POS, t) generally includes location-dependent (variable: POS) and time-dependent (variable: t) information on the state of the earth's near-ground atmosphere over the part of the earth's surface under consideration.
- location-dependent (variable: POS) and time-dependent (variable: t) information on the state of the earth's near-ground atmosphere over the part of the earth's surface under consideration includes information on the material composition of the earth's atmosphere near the ground, in particular on individual concentrations of gaseous or particulate components of the earth's atmosphere under consideration.
- thermodynamic parameters in the earth's atmosphere near the ground e.g.
- the air pollution data LVD(POS, t) advantageously also includes, as components, vertical profiles of the components under consideration, for example location- and time-dependent vertical profiles of a pollutant concentration (e.g. ozone) or the temperature.
- the vertical profiles advantageously extend up to heights of ⁇ 500 m above ground.
- the air pollution data LVD(POS, t) provide the time-dependent state of the earth's atmosphere near the ground, advantageous for selected individual positions (POS: in 2D or 3D coordinates), for example for positions POS of ground measuring stations present in the traffic route network and/or for positions on the traffic routes and / or for a position grid that at least partially or advantageously completely covers the part of the earth's surface under consideration.
- the variable “POS” therefore stands for any number different positions on the part of the earth's surface under consideration.
- the POS positions can be arranged as close together as desired.
- the air pollution data LVD(POS, t) can also indicate the time-dependent state of the earth's near-ground atmosphere for surface elements FEL(POS) of the part of the earth's surface that are associated with a respective position POS.
- “earth atmosphere close to the ground” is understood to mean in particular the earth’s atmosphere at a height of ⁇ 500 m, ⁇ 200 m, ⁇ 100 m or ⁇ 75 m or ⁇ 50 m or ⁇ 25 m or ⁇ 10 m or ⁇ 5 m above the earth’s surface.
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface includes current air pollution data LVD(POS, t a ) and/or air pollution data LVD(POS, t a + ⁇ t) predicted for a future time t a + ⁇ t, where in particular: ⁇ t > 30 min or ⁇ t > 60 min or ⁇ t > 120 min or ⁇ t > 240 min, where t a indicates a current time.
- Control unit advantageously comprises a database with a large number of control/regulation parameters and/or control/regulation
- the predicted air pollution data LVD(POS, t a + ⁇ t) provided at the first interface are determined based on current air pollution data LVD(POS, t a ) by a mathematical meteorological transport model, which determines chemical and/or physical reactions of gases and/or gases under consideration. or considered particles as well as their advection (and, if necessary, vertical mixing in the earth's atmosphere) and is based on measurement data determined in the traffic route network or determined for the traffic route network.
- meteorological transport models are typically based on mathematical models, which specify the physical and/or chemical laws underlying the model using differential equations, which are then usually solved numerically. The models are initialized by specifying current measurement data for air pollution data as well as thermodynamic measurement data in the lower atmosphere.
- the meteorological transport models advantageously take into account the orography of the transport network.
- the above-mentioned meteorological transport model advantageously takes into account the radiant energy of the sun that occurs locally in the traffic route network, in particular in the wavelength range of 380 - 100 nm, in particular from 320 - 300 nm, for chemical and / or physical reactions and processes modeled therein.
- the above-mentioned meteorological transport model includes in the chemical reactions modeled therein, the process of ground-level ozone formation.
- a simple such process is the formation process of ground-level ozone O 3 from carbon monoxide CO, for example according to the following reaction chain: (1) CO + OH -> CO 2 +H (2) H + O 2 + K -> HO 2 + K (3) HO 2 + NO -> OH + NO 2 (4) h ⁇ + NO 2 -> NO + O (5) O + O 2 + K -> O 3 + K Net: CO + 2 O 2 -> CO 2 + O 3 with K: catalyst, h ⁇ : energy quantum with wavelength ⁇ 0.4 ⁇ m.
- Other, more complex ozone formation processes are known in the prior art (e.g. John H.
- This control/regulation therefore has a preventative effect in order to prevent limit values predicted to be exceeded for a future time t a + ⁇ t based on the current air pollution data LVD(POS, t).
- the air pollution data provided at the first interface advantageously indicates LVD(POS, t) for one or more of the following gases: NO x , NO, NO 2 , O 3, CO, HC, VOC, SO 2 , Pb, C 6 H 6 , Ni, C 20 H 12 and/or particulate matter, as components COMP(POS, t) local current and/or predicted concentrations [NO x (POS, t)], [NO(POS, t)], [NO 2 (POS , t)], [O 3 (POS, t)], [CO(POS, t)], [HC(POS, t)] and [VOC(POS, t)], [SO 2 (POS, t) ], [Pb(POS, t)], [C 6 H 6 (POS, t)], [Ni(
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface are advantageously generated at least partially based on (current) measurement data MDA(t) for gas concentrations and/or particle concentrations that were determined at at least one measuring station in the traffic network.
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface are advantageously generated at least partially based on measurement data MDB(t) from a satellite-borne remote sensing sensor for gas concentrations and/or particle concentrations in the earth's atmosphere near the ground.
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface are at least partially generated based on measurement data MDC(t) for a current traffic density in the traffic route network and based on an emissions register provided using a meteorological transport model, as mentioned above.
- the traffic emissions in the transport network can be determined or estimated using an emissions model based on the MDC(t) measurement data. Based on the measured traffic densities, the emissions model determines the associated emissions for various pollutants.
- emissions from stationary emission sources house fires, energy industry, etc.
- the emissions from stationary emission sources are advantageously derived from the emissions register provided.
- the meteorological transport model therefore knows the (current) emissions from mobile and stationary emission sources in the transport network. On this basis and other meteorological parameters for the traffic route network under consideration, the meteorological transport model determines gas concentrations and/or particle concentrations as air pollution data LVD(POS, t).
- the emissions register preferably includes emission data for the most important air pollutants released from anthropogenic and/or other sources. Preferably present for the following sources: domestic fire, industry, agriculture and the energy sector and the following air pollutants: NO x , NO, NO 2 , CO, HC, VOC, SO 2 and/or fine dust.
- emission data refer, for example, to square surface elements with a size of 1 km 2 for the part of the earth's surface under consideration or parts thereof.
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface is advantageous at least partially based on (current) measurement data MDD(t) on gas concentrations and/or particle concentrations and/or state variables of the earth's near-ground atmosphere (e.g. pressure, temperature, humidity, radiation). , etc.), which are determined by sensors on a vehicle in the traffic network and / or the vehicle F.
- the air pollution data LVD(POS, t) are advantageously transmitted wirelessly from a central server to the device according to the invention.
- the central server is advantageously operated by a state or private organization, with the central server advantageously collecting basic data (such as measurement data) for determining the air pollution data LVD (POS, t) for the traffic route network under consideration, processing it accordingly and then transmitting it to the proposed device.
- the processing of the air pollution data LVD(POS, t) described above, such as the use of meteorological transport models, is preferably also carried out by the central server.
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface also includes at least one control command, which directly, that is, without further processing of the other components of the air pollution data LVD(POS, t), controls/regulates the combustion drive unit corresponding to the control command associated components for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit are effected by the control unit.
- This further development allows an intervention, controlled directly by the central server, on the control/regulation of the combustion drive unit and the downstream components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit.
- This control command can advantageously apply to a specific range of positions POS in the traffic network and/or for a specific period of time.
- the position POS F (t) of the vehicle F is advantageously determined and provided by a position determination unit of the vehicle F.
- the position determination unit advantageously uses satellite-based position determination (e.g. using GPS, Galileo, GLONASS, etc.) and/or dead reckoning.
- the vehicle F advantageously has a navigation system into which an intended route can be entered and which determines a corresponding travel trajectory FT from this and provides it to the proposed device.
- the term “travel trajectory” describes a planned route ahead as a line or as a sequence of individual positions.
- the control unit advantageously comprises at least one processor unit and a data storage unit.
- the processor unit executes a software program which, depending on the position POS F (t) of the vehicle F, takes into account the transmitted air pollution data LVD(POS, t) and/or LVD(POS, t a + ⁇ t), the combustion drive unit associated components for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit controls/regulates via the third interface. If the appropriate conditions are met (particularly if limit values are exceeded), the control unit switches the control/regulation from “normal operation” to a specific one, i.e. from the air pollution data LVD(POS F (t), t) or LVD(POS F (t) , t a + ⁇ t) dependent “emission-reduced mode”.
- the control/regulation of the combustion drive unit, the associated components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit is advantageously carried out specifically, depending on the components of the earth's atmosphere specified in the air pollution data LVD (POS F (t), t), which are predetermined Reaching or exceeding limit values. Ie only those components KOMP(POS F (t), t) of the air pollution data LVD(POS F (t), t) which reach or exceed predetermined limit values define the specifically assigned control and regulation parameters and/or specifically assigned control and regulation algorithms for the combustion drive unit, the associated components for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit.
- the control unit advantageously has correspondingly specific control and regulation parameters and/or control and regulation algorithms, which are activated when a predetermined limit value is reached or exceeded by one or more respective components KOMP(POS F (t), t) of the air pollution data LVD(POS F (t), t) can be activated. If the air pollution data LVD(POS F (t), t) for the components listed therein are again below the respective limit values after such a control/regulation intervention that switched operation from a “normal operating mode” to an “emission-reduced mode”, so The combustion drive unit, the associated components for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit are advantageously automatically switched back to the “normal operating mode” so that control/regulation takes place again with the normal operating parameters.
- a second warning signal is advantageously generated by the control unit and provided at the fifth interface.
- This second warning signal is advantageously issued on the output unit in the vehicle, in which case the driver is informed that a switch from an “emission-reduced mode” to the “normal operating mode” is pending but has not yet been carried out.
- the “normal operating mode” is preferably only activated when a release signal is provided at the fourth interface by the input unit in the vehicle. By operating the input unit, the driver can decide whether to switch from “emission-reduced mode” to “normal operating mode”, for example depending on the current driving situation.
- the control unit is advantageously designed and set up in such a way that it further plans the combustion drive unit, the components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit depending on the current position POS F (t) of the vehicle F in the traffic network Travel trajectory FT of the vehicle F and associated air pollution data LVD(POS(FT), t) controls/regulates, where POS(FT) indicates the positions in the traffic route network defined by the travel trajectory FT.
- the current state of the earth's atmosphere near the ground or the time predicted for the time of reaching a position along the travel trajectory FT, ie the assigned air pollution data LVD(POS(FT), t) along the planned travel trajectory FT, is proactively determined in the control/ Control of the combustion drive unit, the components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit are already taken into account at the current position of the vehicle POS F (t a ).
- the control unit is advantageously designed and set up in such a way that the control/regulation of the combustion drive unit comprises the following: ⁇ a control/regulation of a quantity of fuel supplied to the combustion drive unit, ⁇ a control/regulation of an amount of air supplied to the combustion drive unit, ⁇ a control/regulation of a fuel pressure, ⁇ a Control/regulation of a boost pressure of a turbocharger of the internal combustion drive unit, ⁇ control/regulation of an ignition point, ⁇ control/regulation of a speed, ⁇ control/regulation of charge air cooling, ⁇ control/regulation of cylinder deactivation, ⁇ control/regulation of exhaust gas recirculation, ⁇ a control/switching from a gasoline or diesel operation or from an operation with synthetic fuels to a hydrogen or natural gas operation and/or ⁇ a control/regulation of a transmission of the combustion drive unit.
- the control unit is designed and set up in such a way that KOMP(POS, t a ) of current air pollution data for components provided LVD(POS, t a ) and/or for provided components KOMP(POS, t a + ⁇ t) of air pollution data LVD(POS, t a + ⁇ t) predicted for a future time t a + ⁇ t and/or of current ones Air pollution data LVD(POS(FT), t a )) for a travel trajectory FT of the vehicle F planned further from the current position POS F (t a ) of the vehicle F in the traffic route network and/or predicted for a future time t a + ⁇ t Air pollution data LVD(POS(FT), t a + ⁇ t) for a travel trajectory FT of the vehicle F planned further from the current position POS F (t a ) of the vehicle F in the traffic route network, a limit value can be specified for each component and the control/regulation of the Combustion drive unit, the
- the limit values are preferably specified depending on the type of combustion drive unit.
- the core idea of the invention is to provide both operating parameters/operating algorithms for controlling/regulating the combustion drive unit and operating parameters/operating algorithms for controlling/regulating the components connected downstream of the combustion drive unit for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit depending on the provided local and time-dependent air pollution data LVD(POS, t).
- the combustion drive unit, the downstream components for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit are preferably controlled/regulated in such a way that there is a current ( at time t a ) or a foreseeable (for a future time t a + ⁇ t) exceeding of given limit values results in a control/regulation of the combustion drive unit and the downstream components depending on the air pollution data LVD (POS, t) in accordance with an “emission-reduced mode " he follows. This allows for a specific, targeted reduction in specific emissions that is tailored to a current or predicted state of the ground-level atmosphere.
- the proposed device can be integrated into these vehicles as part of the production of new vehicles, and in particular can be retrofitted into existing vehicles as a retrofit kit.
- a further aspect of the invention relates to a vehicle F with a combustion drive unit, controllable components associated therewith for cleaning and/or treatment of exhaust gases from the combustion drive unit, and a fuel mixing unit, in particular a car, a bus, a truck, a watercraft, a rail vehicle, and with a device as described above.
- the vehicle F advantageously has one or more sensors with which measurement data MDD(t) on gas concentrations and/or particle concentrations and/or state variables of the earth's near-ground atmosphere (e.g. pressure, temperature, humidity, radiation, etc.) are generated and as air pollution data LVD (POS, t) or in addition to air pollution data LVD(POS, t) transmitted to the device from another source.
- measurement data MDD(t) on gas concentrations and/or particle concentrations and/or state variables of the earth's near-ground atmosphere e.g. pressure, temperature, humidity, radiation, etc.
- the system further comprises a server or a distributed server network, which is set up and designed to determine time-dependent air pollution data LVD(POS, t) for positions POS in the traffic route network and to transmit them to the vehicles F n , the air pollution data LVD( POS, t) indicate a state of the earth's atmosphere near the ground.
- a final aspect of the invention relates to a method for controlling/regulating a combustion drive unit and controllable/regulatable components associated therewith for cleaning and/or treating their exhaust gases and a controllable fuel mixing unit for a vehicle F, wherein the fuel mixing unit can be supplied with a first fuel from a first fuel reservoir and a second fuel from a second fuel reservoir, by means of the fuel mixing unit fuel with a mixing ratio M can be adjusted from first and second fuel, which is supplied to the combustion drive unit, and the first fuel and the second fuel have a different chemical composition and / or were produced by different manufacturing processes, comprising the following steps: at a first interface, for positions POS in one Traffic route network, for the near-earth atmosphere Providing representative air pollution data LVD(POS, t), with variable POS: position on the earth's surface in 2D or 3D, variable t: time; at a second interface, providing a position POS F (t) of the vehicle F in the traffic network; and by means of a control unit via a third interface
- control unit controls the combustion drive unit, the components for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit depending on air pollution data LVD(POS(FT), t) for one of the current position POS F (t) further planned travel trajectory FT of the vehicle F in the traffic route network controls/regulates, where POS(FT) indicates positions in the traffic route network defined by the travel trajectory FT.
- the air pollution data LVD(POS, t) is current air pollution data LVD(POS, t a ) and/or air pollution data LVD(POS, t a + ⁇ ) predicted for a future time t a + ⁇ t t), whereby in particular ⁇ t > 30 min or ⁇ t > 60 min or ⁇ t > 120 min or ⁇ t > 240 min.
- the combustion drive unit is a diesel engine or a gasoline engine or a turbomachine or a Wankel engine or a free-piston linear generator or one Combustion drive unit is.
- the combustion drive unit can each have a controllable/adjustable transmission.
- control/regulation of the combustion drive unit by the control unit includes the following: control/regulation of an amount of fuel supplied to the combustion drive unit, control/regulation of an amount of air supplied to the combustion drive unit, control/regulation of a fuel pressure, control/regulation of a Transmission of the internal combustion drive unit, controlling/regulating a boost pressure of a turbocharger of the internal combustion drive unit, controlling/regulating an ignition timing, controlling/regulating a speed, controlling/regulating an intercooler, controlling/regulating an exhaust gas recirculation, controlling/switching from gasoline or diesel operation in hydrogen or natural gas operation, and/or control/regulation of a transmission of the combustion drive unit.
- the components for exhaust gas purification/exhaust gas treatment include: a controllable/adjustable particle filter, a controllable/adjustable NO x absorber/NO x adsorber, a controllable/adjustable NO x storage catalytic converter , a controllable SCR catalyst, a controllable oxidation catalyst for HC, a controllable absorber for CO/adsorber for CO, a controllable oxidation catalyst for CO, a controllable absorber for VOC/adsorber for VOC, and/or a controllable oxidation catalyst for VOC.
- the air pollution data LVD(POS, t) for one or more of the following components: NO x , NO, NO 2 , O 3, CO, HC, VOC, SO 2 , Pb, C 6 H 6 , Ni, C 20 H 12 and/or particulate matter local current concentrations [NO x (POS, t)], [NO(POS, t)], [NO 2 (POS, t)], [O 3 (POS, t)], [CO(POS, t)], [HC(POS, t)] and [VOC(POS, t)], [SO 2 (POS, t)], [Pb( POS, t)], [C 6 H 6 (POS, t)], [Ni(POS, t)], [C 20 H 12 (POS, t)], [fine dust], with VOC: volatile organic compounds HC: unburned hydrocarbons NO: nitrogen monoxide NO 2 : nitrogen dioxide NO x : sum of nitrogen monoxide NO and nitrogen
- An advantageous development of the method is characterized in that the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface are generated based on measurement data MDA(t) for gas concentrations and/or particle concentrations, which are determined at measuring stations in the traffic network.
- An advantageous development of the method is characterized in that the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface are generated based on measurement data MDB(t) from a satellite-borne remote sensing sensor for gas concentrations and/or particle concentrations near the ground.
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface is at least partially based on measurement data MDC(t) for a current traffic density in the traffic network and based on an emissions register provided using a meteorological Transport model, as mentioned above, are generated.
- the traffic emissions in the transport network can be determined or estimated using an emissions model based on the MDC(t) measurement data. Based on the measured traffic densities, the emissions model determines the associated emissions for various pollutants.
- emissions from stationary emission sources house fires, energy industry, etc.
- the emissions from stationary emission sources are advantageously derived from the emissions register provided.
- the meteorological transport model therefore knows the (current) emissions from mobile and stationary emission sources in the transport network. On this basis and other meteorological parameters for the traffic route network under consideration, the meteorological transport model determines gas concentrations and/or particle concentrations as air pollution data LVD(POS, t).
- the emissions register preferably includes emission data for the most important air pollutants released from anthropogenic and/or other sources. Preferably present for the following sources: domestic fire, industry, agriculture and the energy sector and the following air pollutants: NO x , NO, NO 2 , CO, HC, VOC, SO 2 and/or fine dust.
- emission data refer, for example, to square surface elements with a size of 1 km 2 for the part of the earth's surface under consideration or parts thereof.
- the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface is at least partially based on (current) measurement data MDD(t) on gas concentrations and/or particle concentrations and/or state variables of the earth's near-ground atmosphere (e.g. pressure, temperature, humidity, radiation, etc.) are generated, which sensors on a vehicle in the traffic network and / or the vehicle F determine.
- the earth's near-ground atmosphere e.g. pressure, temperature, humidity, radiation, etc.
- An advantageous development of the method is characterized in that the predicted local components of the air pollution data LVD(POS, t a + ⁇ t) provided at the first interface for a future time t a + ⁇ t based on the current air pollution data LVD(POS, t a ) are determined by a mathematical meteorological transport model, which includes chemical and physical Reactions of gases and/or particles under consideration as well as their advection in the traffic network are taken into account.
- a mathematical meteorological transport model which includes chemical and physical Reactions of gases and/or particles under consideration as well as their advection in the traffic network are taken into account.
- An advantageous development of the method is characterized by the fact that the meteorological transport model takes into account the radiant energy of the sun that occurs locally in the traffic route network, especially in the wavelength range of 300 nm - 320 nm, for the chemical and physical reactions modeled therein.
- An advantageous development of the method is characterized by the fact that the meteorological transport model includes the process of ground-level ozone formation in the chemical reactions modeled therein.
- An advantageous development of the method is characterized in that the air pollution data LVD(POS, t) provided at the first interface comprises at least one control command, which controls/regulates the combustion drive unit and the associated components for cleaning and/or treatment in accordance with the control command of their exhaust gases and the fuel mixing unit caused by the control unit.
- control unit for components provided contains current air pollution data LVD(POS, t a ) and/or air pollution data LVD(POS, t a + ⁇ t) predicted for a future time t a + ⁇ t ) and/or from current air pollution data LVD(POS FT (t a )) for a route FT of the vehicle F planned to continue from the current position POS F (t) of the vehicle F in the traffic network and/or for a future time t a + ⁇ t predicted air pollution data LVD(POS FT (t a + ⁇ t)) for a route FT of the vehicle F planned further from the current position POS F (t) of the vehicle in the traffic route network
- a limit value can be specified for each component and the control/regulation of the Combustion drive unit and the associated components for cleaning and/or treating exhaust gases depending on a comparison of the air pollution data LVD(POS, t a ) and/or LVD(POS,
- An advantageous development of the method is characterized in that the limit values are specified depending on the type of combustion drive unit.
- An advantageous development of the method is characterized in that the control unit is designed in such a way that if one or more limit values are exceeded, at least one of the following takes place: - an amount of fuel supplied to the combustion drive unit is reduced, - a speed of the combustion drive unit is reduced, - 100% of the environmentally friendly fuel consisting of the first fuel and second fuel is supplied to the combustion drive unit (101), and/or - at least one of the following: ⁇ particle filter ⁇ NO x absorber ⁇ NO x storage catalyst ⁇ oxidation catalyst for HC ⁇ absorber for CO ⁇ Oxidation catalyst for CO ⁇ absorber for VOC ⁇ oxidation catalyst for VOC is/are partially or completely activated.
- the control/regulation of the combustion drive unit, the associated components for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit generally takes place in “normal operating mode” when the earth's atmosphere near the ground is sufficiently clean.
- the combustion drive unit is controlled/regulated associated components and the fuel mixing unit in accordance with an “emission-reduced mode”, each based on correspondingly assigned control/regulation parameters and/or control/regulation algorithms, if necessary only after explicit release by a driver of a vehicle or the presence of a corresponding release signal at the proposed device.
- the first fuel is an environmentally friendly synthetic fuel which, when used exclusively (100%) in the combustion drive unit 101, produces only very low pollutant emissions.
- the second fuel is a conventional fuel, such as gasoline, provided that Combustion drive unit 101 can be operated with both the first fuel and the second fuel as well as with any mixture of both fuels.
- the combustion drive unit 101 in the present case a gasoline engine with a controllable transmission, is followed by two controllable components 102a, b in the exhaust system for cleaning and/or treating exhaust gases from the combustion drive unit 101.
- a first of the components 102a is a NO x adsorber device.
- a second of the components 102b is an absorber device for CO.
- the air pollution data LVD(POS, t) representative of the near-earth atmosphere are provided by a server 108, with variable POS: position on the earth's surface in 2D or 3D, variable t: time.
- the device 100 further comprises a fourth interface 109, at which a release signal from an input device 111 arranged in the vehicle F provided. The generation of the release signal requires a corresponding input into the input device 111, in particular by the driver of the vehicle F.
- the device 100 further comprises a fifth interface 110, at which a warning signal generated by the control unit 105 is always provided when a “switchover” occurs. from “normal operating mode” to “emission-reduced mode” or vice versa.
- This warning signal is output in the vehicle F as a visual and acoustic warning by an output unit 112, whereupon the driver of the vehicle F, for example depending on the current traffic situation, can authorize such a “switchover” by making a corresponding input into the input device, whereby the Input device a release signal is output and is provided at the fifth interface 110.
- the corresponding “switchover” of the control/regulation only takes place after the corresponding release signal has been received.
- the control unit 105 is given concentration limit values GW n for the gases NO x , NO, NO 2 , O 3, CO, HC, and VOC.
- the control/regulation of the combustion drive unit 101 of the associated components 102a, b for cleaning and/or treatment of their exhaust gases and the fuel mixing unit 120 takes place with predetermined normal operating parameters or with a predetermined normal control algorithm or, in the present case, at 100% Gasoline, ie the second fuel.
- control/regulation parameters and/or control/regulation algorithms are stored in the control unit 105 for an “emission-reduced mode” for each of the gas components, which are used in this exemplary embodiment when the limit value assigned to the respective gas component is at the position POS F (t a ) is exceeded.
- the limit value for ozone O 3 is exceeded at the current position POS F (t a ) of the vehicle F.
- the control unit 105 first generates a warning signal, which is provided at the fifth interface 110 of the device 105 and which indicates that a limit value GW n has been exceeded.
- This warning signal is issued by the output device 112 in the vehicle F connected to this fifth interface 110 as an acoustic and visual warning, so that the driver is informed accordingly that a limit value has been exceeded and that a switchover from the previous “normal operating mode” to one is therefore pending but not yet carried out “emission-reduced mode” is informed.
- the proposed device advantageously provides a signal via a sixth interface that indicates the current control/regulation mode of the device, ie “normal operating mode” or “emission-reduced mode”. This information is advantageously output in the vehicle in a suitable manner. The driver of the vehicle F is thereby informed about the current control mode of the device.
- the vehicle F has a corresponding input device 111 for mechanical, haptic, acoustic or optical input. This input device 111 is connected to the control unit 105 via the fourth interface 109.
- the control/regulation of the combustion drive unit 101, the components 102a, b and the fuel mixing unit 120 by the control unit 105 is automatically switched to a “reduced emission mode” when the release signal is present at the fourth interface 109, based on the control/regulation parameters stored for this purpose
- the control unit 105 reduces the amount of fuel supplied to the combustion drive unit 101 by 20% and a speed of the transmission in the output train comprising the combustion drive unit 101 is reduced; furthermore, both components 102a, b (NO x adsorber and CO absorber) are fully activated and the fuel mixing unit 120 regulates the mixing ratio to 70% first fuel (environmentally friendly) and 30% second fuel (petrol).
- the control/regulation parameters and/or control/regulation algorithms stored for exceeding limit values GW n by components KOMP n (POS, t) of the air pollution data LVD(POS, t) can, depending on the situation under consideration, requirements and level of detail of the provided Air pollution data LVD(POS, t) contain significantly complex functions and dependencies on the current values of the components KOMP n (POS, t).
- the control unit 105 As soon as the associated limit value concentrations GW n are no longer exceeded for a time t 'after the activation of the "emission-reduced mode" for a current position POS F (t ') and the vehicle F, the control unit 105 generates a warning signal again and sets this at the fifth interface 110 ready.
- the control unit 105 switches the control/regulation of the combustion drive unit 101, the two components 102a, b connected thereto and the fuel mixing unit 120 from the “emission-reduced mode” back to the “normal operating mode”, ie one Control/regulation then takes place again with the normal operating parameters.
- the proposed device, in particular the control unit is advantageously designed and set up in such a way that switching from the “emission-reduced mode” to the “normal operating mode” and vice versa takes place in the form of a gradual adjustment of the control/regulation parameters or the control/regulation algorithms. This particularly prevents unexpected, suddenly occurring, discontinuous control/regulation behavior. Fig.
- FIG. 2 shows a schematic sequence of a proposed method for controlling/regulating a combustion drive unit 101 and associated controllable/regulatable components 102 for cleaning and/or treating their exhaust gases and a controllable/regulatable fuel mixing unit 120 for a vehicle F, whereby the Fuel mixing unit 120, a first fuel from a first fuel reservoir and a second fuel from a second fuel reservoir can be supplied, by means of the fuel mixing unit 120 fuel with a mixing ratio M of first and second fuel can be set, which is supplied to the combustion drive unit 101, and the first fuel and the second fuel have a different chemical composition and/or were produced by different manufacturing processes.
- the procedure includes the following steps.
- a first step 201 representative air pollution data LVD(POS, t) is provided at a first interface 103 for positions POS in a traffic route network, for the earth's atmosphere near the ground, with variable POS: position on the earth's surface in 2D or 3D, variable t: time .
- a position POS F (t) of the vehicle F in the traffic network is provided at a second interface.
- a control unit 105 uses a third interface 106 to control/regulate the combustion drive unit 101, the associated components 102 for cleaning and/or treating their exhaust gases and the fuel mixing unit 120 depending on the position POS F (t).
- assigned air pollution data LVD(POS, t) means the current air pollution data LVD(POS, t a ).
- Reference numeral list 100 proposed device for controlling/regulating a combustion drive unit 101 and one or more controllable/regulatable component(s) 102 connected thereto for cleaning and/or treating their exhaust gases for a vehicle F 101 combustion drive unit 102 controllable/regulatory component(s) 102 for cleaning and/or treating exhaust gases from the combustion drive unit 101 103 first interface 104 second interface 105 control unit 106 third interface 107 device for determining a current position of the vehicle F/F n 108 server or a server network 109 fourth interface 110 fifth interface 111 input device 112 Dispensing device 120 Fuel mixing unit 201-203 Process steps
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit (101), einer oder mehreren damit verbundenen steuer- /regelbaren Komponente(n) (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und einer steuer-/regelbaren Treibstoffmischeinheit (120) für ein Fahrzeug F, wobei der Treibstoffmischeinheit (120) ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, mittels der Treibstoffmischeinheit (120) Treibstoff mit einem einstellbaren Mischungsverhältnis M aus dem ersten und dem zweiten Treibstoff erzeugbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit (101) im Betrieb zugeführt wird, und der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst: eine erste Schnittstelle (103), an der für Positionen POS in einem Verkehrswegenetz, für die erdbodennahe Erdatmosphäre repräsentative Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) bereitgestellt werden, mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit; eine zweite Schnittstelle (104), an der eine Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz bereitgestellt wird; und eine Steuereinheit (105), die abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung zugeordneter Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) die Verbrennungsantriebseinheit (101), die damit verbundenen Komponenten (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit (120) über eine dritte Schnittstelle (106) steuert/regelt.
Description
Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungsantriebseinheit und einer oder mehreren damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit und einer oder mehreren damit verbundenen steuer- /regelbaren Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen für ein Fahrzeug. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Verbrennungsantriebseinheit und einer oder mehreren damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und mit einer ebensolchen Vorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung ein System mit zumindest einem Fahrzeug mit einer Verbrennungsantriebseinheit und einer oder mehreren damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen, wobei das Fahrzeug eine ebensolche Vorrichtung sowie eine Navigationsvorrichtung zumindest zur Ermittlung der aktuellen Position des Fahrzeugs aufweist, und einer Zentralstelle (beispielsweise einem zentralen Server), der Luftverschmutzungsdaten bereitstellt und an das zumindest eine Fahrzeug übermittelt. Es wird vorliegend davon ausgegangen, dass auch in den kommenden Jahrzehnten, trotz der allgemeinen Bestrebungen insbesondere den Absatz quasi emissionsfreier Neu- Fahrzeuge mit Elektroantrieben zu fördern, eine Vielzahl von Fahrzeugen, insbesondere Straßenfahrzeuge, wie Pkw, Lkw, Busse, Motorräder etc., aber auch Schienenfahrzeuge und Wasserfahrzeuge weiterhin von Verbrennungsantriebseinheiten angetrieben werden, welche beim Betrieb mit fossilen, nicht regenerativen Treibstoffen (Benzin, Diesel, etc.) gasförmige und partikelförmige Abgase erzeugen und emittieren. Besonders in Ballungszentren mit zeitweise hoher Verkehrsdichte und einem hohen Anteil an Abgasen aus Hausbrand, Energiewirtschaft und Industrie, wird es daher absehbar, zumindest für eine Übergangszeit, auch weiterhin in der bodennahen Erdatmosphäre zu gesundheitsschädlichen oder zumindest gesundheitsbedenklichen Konzentrationen einzelner Gaskomponenten und Partikeln kommen. Anmerkung: Die Begriffe „Emissionen“ und „Abgase“ werden vorliegend synonym verwendet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungsantriebseinheit und damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen/Emissionen für ein Fahrzeug anzugeben, welche dazu beitragen, die Konzentration schädlicher Gase und Partikel in der bodennahen Erdatmosphäre abhängig vom aktuellen und/oder einem prädizierten – d.h. für eine Zukunft vorhergesagten - Zustand der bodennahen Erdatmosphäre, spezifisch zu verringern. Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit, einer oder mehrerer damit verbundener steuer-/regelbarer Einheit(en) zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und einer steuer- /regelbaren Treibstoffmischeinheit für ein Fahrzeug F, wobei der Treibstoffmischeinheit ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, mittels der Treibstoffmischeinheit Treibstoff mit einem einstellbaren Mischungsverhältnis M aus dem ersten und dem zweiten Treibstoff erzeugbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit im Betrieb zugeführt wird, und der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden, umfassend: eine erste Schnittstelle, an der für Positionen POS in einem Verkehrswegenetz, für die erdbodennahe Erdatmosphäre repräsentative Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) bereitgestellt werden, mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit; eine zweite Schnittstelle, an der eine Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz bereitgestellt wird; und eine Steuereinheit, die abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung zugeordneter Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) die Verbrennungsantriebseinheit, die damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit über eine dritte Schnittstelle steuert/regelt.
Die Vorrichtung ermöglicht insbesondere eine spezifische, von einer lokalen Schadstoffbelastungssituation in der bodennahen Erdatmosphäre - repräsentiert durch die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) - abhängige Steuerung/Regelung sowohl der Verbrennungsantriebseinheit, als auch der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen, als auch der Treibstoffmischeinheit und mithin der Steuerung /Regelung des Mischungsverhältnisses aus erstem Treibstoff und zweitem Treibstoff, welches der Verbrennungsantriebseinheit zum Betrieb zugeführt wird. Das Mischungsverhältnis M von erstem Treibstoff und zweitem Treibstoff kann grundsätzlich im Bereich 100% erster Treibstoff bis 100% zweiter Treibstoff kontinuierlich variieren und jegliches dazwischen liegendes Mischungsverhältnis (bspw.50% erster Treibstoff und 50% zweiter Treibstoff oder 30% erster Treibstoff und 70% zweiter Treibstoff) annehmen. Die Verbrennungsantriebseinheit ist vorteilhaft dazu ausgeführt und eingerichtet mit ausschließlich dem ersten Treibstoff, mit ausschließlich dem zweiten Treibstoff und einer Mischung aus beiden Treibstoffen betreibbar zu sein. Derzeit sind umweltfreundlichere Treibstoffe für Verbrennungsantriebseinheiten in der Entwicklung und teilweise bereits auf dem Markt verfügbar, die allerdings auf absehbare Zeit teurer als herkömmliche Treibstoffe (Benzin, Diesel, etc.) sind. Diese umweltfreundlicheren Treibstoffe sind bspw. synthetische und/oder nachhaltig erzeugte Treibstoffe (bspw. „Shell GTL“, Ethanol,…, sogenannte „DropIn Fuels“, etc.), bei deren Nutzung in Verbrennungsantriebseinheiten vorteilhaft weniger Schadgase entstehen und/oder emittiert werden und/oder die Treibstoffe aus regenerativen Ressourcen hergestellt sind. Vorteilhaft ist der erste Treibstoff ein solcher umweltfreundlicher Treibstoff und der zweite Treibstoff ein herkömmlicher Treibstoff. Typischerweise unterscheiden sich der erste Treibstoff (umweltfreundlicher Treibstoff) und der zweite Treibstoff (herkömmlicher Treibstoff) durch ihre chemische Zusammensetzung. Allerdings können umweltfreundliche Treibstoffe (erster Treibstoff) bei gleicher chemischer Zusammensetzung, wie herkömmliche Kraftstoffe, sich auch durch ein nachhaltiges Herstellverfahren und/oder die Nutzung anderer hier regenerativer Rohstoffquellen auszeichnen.
Durch die vorgeschlagene Vorrichtung können somit die im Betrieb der Verbrennungsantriebseinheit entstehenden bzw. von dieser emittierten Abgase durch eine von Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) abhängige Steuerung der Betriebsparameter der Verbrennungsantriebseinheit, der Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und des mittels der Treibstoffmischeinheit eingestellten Mischungsverhältnisses M des genutzten Treibstoffs optimal gesteuert werden. So kann bspw. ein herkömmlicher und (derzeit) billiger Treibstoff als zweiter Kraftstoff bspw. dann zu 100 % der Verbrennungsantriebseinheit zugeführt werden, wenn gemäß Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) and der Position POS keine oder nur eine sehr geringe Luftverschmutzung vorliegt, und wenn gemäß Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) eine höhere Luftverschmutzung vorliegt zunehmend das Mischungsverhältnis M zugunsten des ersten Treibstoffs (umweltfreundlich) verschoben werden. Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht somit insbesondere eine deutliche Verminderung von Schadstoffemissionen trotz einer Weiternutzung herkömmlicher Treibstoffe in Kombination mit der Nutzung umweltfreundlicherer / nachhaltig produzierter Treibstoffe, dort, wo bereits angespannte oder absehbar angespannte Luftverschmutzungssituationen vorherrschen. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst hierzu vorteilhaft eine Datenbank, die eine Vielzahl von Steuerungs-/Regelungsparametern und/oder Steuerungs- und/oder Regelungsalgorithmen zur Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit für eine Vielzahl von unterschiedlichen Klassen/Szenarios/Kategorien von Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) enthält, und so eine entsprechende Steuerung/Regelung in Abhängigkeit der bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) ermöglicht. Es wird bei der Erfindung vorteilhaft davon ausgegangen, dass sowohl für die Verbrennungsantriebseinheit, als auch für die damit verbundene/n Komponente/n zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit jeweils für einen „Normalbetrieb“ bzw. „Normalbetriebsmodus“ zugeordnete „Normal- Steuer-/Regelparameter“ und/oder „Normal-Steuer/-Regelalgorithmen“ bzw. ein „Normal-
Mischungsverhältnis M0“ definiert und in der Datenbank hinterlegt sind, mit denen die Verbrennungsantriebseinheit, die damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit im „Normalbetriebsmodus“ von der Steuereinheit gesteuert/geregelt/geschaltet werden. Der „Normalbetriebsmodus“ und die damit einhergehende Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponente/n zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit sind vorzugsweise immer dann aktiv, wenn keiner der Werte der Komponenten KOMPn(POS, t) der an die vorgeschlagene Vorrichtung übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), einen für die jeweilige Komponente KOMPn vorgegebenen und ebenfalls in der vorgeschlagenen Vorrichtung (bspw. ebenfalls in der angeführten Datenbank) hinterlegten Grenzwert GW(KOMPn) erreicht oder gar überschreitet. Bei ausreichend reiner/sauberer Luft erfolgt mithin die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit mit den zugeordneten „Normal-Steuer-/Regelparametern“ und/oder „Normal-Steuer/- Regelalgorithmen“. Typischerweise sind diese Normalparameter/Normal-Regelalgorithmen im „Normalbetriebsmodus“ auf ein Optimum hinsichtlich der erzielbaren Antriebsleistung, Beschleunigung, Endgeschwindigkeit etc. der Verbrennungsantriebseinheit und dabei erzeugten, möglichst geringen Emissionen optimiert. Insbesondere sind die Normalparameter/Normal-Regelalgorithmen im „Normalbetriebsmodus“ auch daraufhin optimiert, zulassungsrelevante Kriterien für das betreffende Fahrzeug F zu erfüllen. Erreichen oder übersteigen die Werte einer oder mehrerer Komponenten KOMPn(POS, t) der an die vorgeschlagene Vorrichtung übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t):= {KOMP1(POS, t), KOMP2(POS, t), KOMP3(POS, t), … KOMPN(POS, t)}; bspw. an der aktuellen Position POSF(t) des Fahrzeugs F für die jeweilige/n Komponente/n KOMPn vorgegebenen und ebenfalls in der vorgeschlagenen Vorrichtung (bspw. ebenfalls in der angeführten Datenbank) hinterlegte/n Grenzwert/e GW(KOMPn),
so erfolgt eine Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit abhängig von den bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) in einem sogenannten „emissionsreduzierten Modus“ mit von den bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) abhängigen, gegenüber dem „Normalbetriebsmodus“ geänderten Steuer- /Regelungsparametern und/oder spezifisch geänderten Steuer- /Regelungsalgorithmen. Im „emissionsreduzierten Modus“ wird durch die Steuereinheit das vorstehend beschriebene Optimum des „Normalbetriebsmodus“ ggf. zulasten bspw. der erzielbaren Antriebsleistung etc. der Verbrennungsantriebseinheit, auf jeden Fall hin zugunsten einer deutlich geringeren Emission von spezifischen Schadgasen und Partikeln durch entsprechende Anwendung, abhängig von den bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) spezifisch geänderter Steuer-/Regelungsparameter und/oder spezifisch geänderter Steuer- /Regelungsalgorithmen verschoben. Beispiel: Überschreiten bspw. die Werte der Komponenten KOMPn=n1(POSF(t), t) und KOMPn=n2(POSF(t), t) der an die Vorrichtung übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t) jeweils für die jeweilige Komponente vorgegebene Grenzwerte, mit n = 1, 2, … N und N >= 2 und n1, n2 ^ ^1, 2, …, N ^ und n1 ^ n2, so wird die Steuereinheit zur Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit anstelle des bisher aktiven „Normalbetriebsmodus“ einen „emissionsreduzierten Modus“ aktivieren. In dem „emissionsreduzierten Modus“ werden zugeordnete und entsprechend in der Steuereinheit hierzu hinterlegte Steuer-/Regelungsparameter und/oder Steuer- /Regelungsalgorithmen abhängig von den übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) - insbesondere nicht nur abhängig von der/den Komponente/n, welche Grenzwerte erreicht bzw. überschritten hat/haben, sondern ggf. auch abhängig von Komponenten KOMPn für die keine Grenzwertüberschreitung in den Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) vorliegt - zur Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit benutzt.
Eine Umschaltung vom „Normalbetriebsmodus“ in den „emissionsreduzierten Modus“, d.h. eine entsprechend veränderte Steuerung/Reglung durch die Steuereinheit, erfolgt im einfachsten Fall automatisiert, d.h. bei Vorliegen entsprechender Grenzwertüberschreitungen in den übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t). Dies kann jedoch bspw. zu plötzlich auftretenden und für einen Fahrer des Fahrzeugs F überraschenden Leistungseinbußen führen. Die Umschaltung vom „Normalbetriebsmodus“ in einen „emissionsreduzierten Modus“ erfolgt daher besonders bevorzugt erst nach Bereitstellung eines Freigabesignals an die Steuereinheit über eine vierte Schnittstelle, wobei das Freigabesignal vorzugsweise von einer zur akustischen, haptischen, optischen und/oder mechanischen Eingabe eingerichteten Eingabeeinheit im Fahrzeug F erzeugt wird, welche von dem Fahrer bedienbar ist. Dem voraus geht vorzugsweise, dass nach Erkennen zumindest einer Grenzwertüberschreitung für eine Komponente in den übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), von der Steuereinheit ein erstes Warnsignal erzeugt und an einer fünften Schnittstelle der Vorrichtung bereitgestellt wird. Dieses erste Warnsignal wird vorzugsweise von einer mit der fünften Schnittstelle verbundenen Ausgabeeinheit im Fahrzeug F ausgegeben, so dass der Fahrer über eine aktuelle Grenzwertüberschreitung in den übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t) und eine damit zusammenhängende, anstehende aber noch nicht ausgeführte Anwendung einer geänderten Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit in einem „emissionsreduzierten Modus“ informiert wird. Da diese geänderte Steuerung/Regelung insbesondere der Verbrennungsantriebseinheit, wie zuvor ausgeführt, auch Auswirkungen auf die Antriebsleistung, das Beschleunigungsvermögen etc. des Fahrzeugs F haben kann, kann der Fahrer nun abhängig bspw. von der Fahrsituation durch eine entsprechende Eingabe in die Eingabeeinheit des Fahrzeugs entscheiden, ob bzw. wann eine Aktivierung des „emissionsreduzierten Modus“ erfolgen soll. Eine Vorgabe von Grenzwerten GW(KOMPn) in der vorgeschlagenen Vorrichtung für die einzelnen Komponenten KOMPn(POS, t) der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) kann als
- von der jeweiligen Komponente KOMPn(POS, t) abhängiger konstanter Grenzwert: bspw. GW(KOMPn) = konst. erfolgen und/oder - als eine vorgegebene Funktion erfolgen: bspw. Grenzwert GW(KOMPn=n1) = FUNCTION(KOMPn=n1(POSF(t), t); KOMPn=n2(POSF(t), t), …)), die bspw. von aktuellen Werten der betrachteten Komponente vorliegend KOMPn=n1(POSF(t), t) und einer anderen oder mehreren anderen Komponenten KOMPn ^n1(POSF(t), t), abhängen, und/oder - als eine vorgegebene Funktion erfolgen, die von für eine zukünftige Zeit prädizierten Werten KOMPn(POSF(ta), ta+ ^t) abhängt: bspw. Grenzwert GW(KOMPn=n1) = FUNCTION(KOMPn=n1(POSF(ta), ta+ ^t); KOMPn=n2(POSF(ta), ta+ ^t),…)), mit ta: aktuelle Zeit, und ta+ ^t: zukünftige Zeit. Diese Liste zur Vorgabe von Grenzwerten ist nicht abschließend und kann je nach Anforderung auch weitere Parameter berücksichtigen und/oder sich weit komplexer darstellen. Die vorstehend angegebenen funktionalen Grenzwerte (GW(KOMPn) = FUNCTION(KOMPn, …) werden vorzugsweise von der vorgeschlagenen Vorrichtung abhängig von den übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) ermittelt. Die Verbrennungsantriebseinheit, die damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit werden somit bei Vorliegen eines entsprechenden Atmosphärenzustandes - repräsentiert durch die übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) - insbesondere bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte GW(KOMPn), durch die vorgeschlagene Vorrichtung, statt im „Normalbetriebsmodus“ im „emissionsreduzierten Modus“ abhängig von den Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t), t) und vorteilhaft abhängig vom Vorliegen eines Freigabesignals für das Aktivieren eines „emissionsreduzierten Modus“ mit spezifisch vorgegebenen Steuer- und Regelparametern und/oder Steuer- und Regelalgorithmen gesteuert/geregelt, die zu einer spezifischen Reduzierung von Emissionen führen. Vorzugsweise sind diese Steuer-/Regelparameter und/oder Steuer-/Regelalgorithmen für den „emissionsreduzierten Modus“ jeweils für spezifisch zugeordnete Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) in der Steuereinheit in einer Datenbank hinterlegt. Alternativ oder zusätzlich können Steuer-/Regelparameter und/oder Steuer- /Regelalgorithmen für den „emissionsreduzierten Modus“ von der vorgeschlagenen
Vorrichtung über eine Schnittstelle für mobiles Internet von einem Netzprovider (bspw. Server etc.) und/oder als Update geladen werden. Die vorgeschlagene Vorrichtung wird nachfolgend detaillierter beschrieben. Der Begriff „Steuern/Regeln“ umfasst vorliegend auch „Schalten“. Der Begriff „Verbrennungsantriebseinheit“ wird weit gefasst verstanden, er umfasst vorliegend, aber nicht abschließend, einen Dieselmotor oder einen Ottomotor oder eine Strömungsmaschine (Turbine) oder einen Wankelmotor oder einen Freikolbenlineargenerator oder eine Hybride-Verbrennungsantriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor. Als Treibstoffe für die Verbrennungsantriebseinheit kommen bspw. in Betracht: Benzin oder Diesel oder synthetische Kraftstoffe, nachhaltig erzeugte Treibstoffe, Wasserstoff oder Erdgas, etc.. Die Verbrennungsantriebseinheit kann ein oder kein steuerbares/regelbares Getriebe umfassen. Grundsätzlich unterfallen dem Begriff „Verbrennungsantriebseinheit“ alle, eine mechanische Kraft – und/oder ein mechanisches Moment erzeugende Maschinen, welche für ihren Betrieb feste, flüssige und/oder gasförmige Treibstoffe benötigen und infolge ihres Betriebs gasförmige oder partikelförmige, insbesondere primär (d.h. direkt) gesundheitsschädliche Emissionen erzeugen oder Emissionen erzeugen, welche durch chemische und/oder physikalische Reaktionen in der bodennahen Erdatmosphäre zur Bildung sekundärer gesundheitsschädlicher Schadstoffe beitragen. Der Begriff „Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen der Verbrennungsantriebseinheit“ umfasst vorteilhaft und nicht abschließend: ^ einen steuer-/regelbaren Partikelfilter, ^ einen steuer-/regelbaren NOx-Absorber/ NOx-Adsorber, ^ einen steuer-/regelbaren NOx-Speicherkatalysator, ^ einen steuer-/regelbaren SCR Katalysator, ^ einen steuer-/regelbaren Oxidationskatalysator für HC, ^ einen steuer-/regelbaren Absorber für CO/ Adsorber für CO, ^ einen steuer-/regelbaren Oxidationskatalysator für CO, ^ einen steuer-/regelbaren Absorber für VOC/ Adsorber für VOC, und/oder ^ einen steuer-/regelbaren Oxidationskatalysator für VOC.
Grundsätzlich unterfallen dem Begriff „Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen der Verbrennungsantriebseinheit“ alle heute im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Reinigung und Behandlung von Abgasen, insbesondere Filtervorrichtungen, aktive oder passive Absorbervorrichtungen/Adsorbervorrichtungen, aktive oder passive Katalysatoren etc., die die Emission von schädlichen Abgasen der Verbrennungsantriebseinheit zumindest reduzieren. Der Begriff „Verkehrswegenetz“ beschreibt vorliegend zumindest einen Teil der Erdoberfläche mit darin vorgegebenen Streckenführungen für Fahrzeuge, insbesondere für Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge und Schienenfahrzeuge, bspw. in Form von Wegen, Straßen, Autobahnen, Parkplätzen, Schienenwegen, Wasserstraßen etc.. Der Begriff ist dabei nicht auf die vorgegebene Streckenführung (bspw. als Trajektorie und/oder als Fläche der Verkehrswege) selbst beschränkt, sondern umfasst vorteilhafterweise die an die vorgegebenen Streckenführungen angrenzenden Flächen oder vorteilhafter Weise den gesamten betrachteten Teil der Erdoberfläche. Die Begriffe der „ersten“, „zweiten“, „dritten“, „vierten“ und „fünften Schnittstelle“ werden vorteilhafterweise als elektrische Schnittstellen und/oder als elektromagnetische Schnittstellen und/oder als Lichtleiterschnittstellen und/oder Funkschnittstellen, insbesondere als Schnittstellen verstanden, über die ein Daten-, Kommunikations- und/oder Befehlsaustausch zwischen der vorgeschlagenen Vorrichtung und - derjenigen Vorrichtung, welche die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) bereitstellt (erste Schnittstelle), - derjenigen Vorrichtung, welche die Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz bereitstellt (zweite Schnittstelle), - der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen steuer-/regelbaren Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit (dritte Schnittstelle), - der Eingabeeinheit in einem Fahrzeug F, welche das Freigabesignal zur Aktivierung eines „emissionsreduzierten Modus“ bereitstellt (vierte Schnittstelle), und - der Ausgabeeinheit in einem Fahrzeug F, welche ein von der Steuereinheit erzeugtes Warnsignal optisch, akustisch und/oder haptisch für einen Fahrer wahrnehmbar ausgibt (fünfte Schnittstelle).
Der Begriff „Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t)“ umfasst allgemein ortsabhängige (Variable: POS) und zeitabhängige (Variable: t) Angaben zum Zustand der bodennahen Erdatmosphäre über dem betrachteten Teil der Erdoberfläche. Er umfasst insbesondere Angaben zu der stofflichen Zusammensetzung der bodennahen Erdatmosphäre, insbesondere zu einzelnen Konzentrationen von gasförmigen oder partikelförmigen Komponenten der betrachteten Erdatmosphäre. Weiterhin umfasst er vorteilhaft thermodynamische Parameter in der bodennahen Erdatmosphäre (bspw. Temperatur, Druck, Feuchte, etc.) und/oder für die bodennahe Erdatmosphäre relevante Strahlungsparameter (einfallende Strahlungsenergie - Gesamtstrahlungsenergie oder frequenz- oder wellenlängenabhängige Strahlungsenergie oder Strahlungsenergie für bestimmte Wellenlängenbereiche, bspw. UV -, Albedo etc.). Somit umfasst der Begriff „Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t)“ eine oder mehrere Komponenten KOMP(POS, t): LVD(POS, t) = {KOMP1(POS, t), KOMP2(POS, t), KOMP3(POS, t), …}, wobei die Komponenten vorzugsweise ^ Gaskonzentrationen ausgewählter Gase ^ Partikelkonzentrationen ^ thermodynamische Parameter, welche die bodennahe Erdatmosphäre kennzeichnen ^ Strahlungsparameter sind. Die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) umfassen als Komponenten vorteilhaft auch Vertikalprofile der betrachteten Komponenten, bspw. orts- und zeitabhängige Vertikalprofile einer Schadstoffkonzentration (bspw. Ozon) oder der Temperatur. Die Vertikalprofile erstrecken sich vorteilhaft bis zu Höhen von ≤ 500 m über Grund. Die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) geben den zeitabhängigen Zustand der bodennahen Erdatmosphäre, vorteilhaft für ausgewählte Einzelpositionen (POS: in 2D- oder 3D-Koordinaten) bspw. für Positionen POS von im Verkehrswegenetz vorhandenen Bodenmessstationen und/oder für Positionen auf den Verkehrswegen und/oder für ein den betrachteten Teil der Erdoberfläche zumindest teilweise oder vorteilhaft vollständig abdeckendes Positionsraster an. Die Variable „POS“ steht somit für eine beliebige Anzahl
unterschiedlicher Positionen auf dem betrachteten Teil der Erdoberfläche. Die Positionen POS können beliebig dicht angeordnet sein. Alternativ können die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) auch den zeitabhängigen Zustand der bodennahen Erdatmosphäre für Flächenelemente FEL(POS) des Teils der Erdoberfläche angeben, die mit einer jeweiligen Position POS assoziiert sind. Unter „bodennaher Erdatmosphäre“ wird vorliegend insbesondere die Erdatmosphäre in ≤ 500 m, ≤ 200 m, ≤ 100 m oder ≤ 75 m oder ≤ 50 m oder ≤ 25 m oder ≤ 10 m oder ≤ 5 m Höhe über der Erdoberfläche verstanden. Vorzugsweise umfassen die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) aktuelle Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierte Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t), wobei insbesondere gilt: ∆t > 30 min oder ∆t > 60 min oder ∆t > 120 min oder ∆t > 240 min, wobei ta eine aktuelle Zeit angibt. Prädizierte Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) geben mithin den Zustand der Erdatmosphäre an der jeweiligen Position POS für eine zukünftige Zeit t = ta+∆t an. Beispiele: Aktuelle Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) := {KOMP1(POS, ta), KOMP2(POS, ta), KOMP3(POS, ta), …} oder für eine Zeit ta+∆t prädizierte Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) := {KOMP1(POS, ta+∆t), KOMP2(POS, ta+∆t), KOMP3(POS, ta+∆t), …} oder aktuelle und prädizierte Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) := {KOMP1(POS, ta), KOMP1(POS, ta+∆t), KOMP2(POS, ta), KOMP2(POS, ta+∆t), …} Die Steuereinheit umfasst vorteilhaft eine Datenbank mit einer Vielzahl von Steuer- /Regelparametern und/oder Steuer-/Regelalgorithmen, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt und eingerichtet ist, die Auswahl der jeweils zu aktivierenden Parameter/Algorithmen abhängig von Werten einer, mehrerer oder aller Komponenten KOMPn der übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zu treffen.
Vorteilhaft sind die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten prädizierten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) basierend auf aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) von einem mathematischen meteorologischen Transportmodell ermittelt, das chemische und/oder physikalische Reaktionen von betrachteten Gasen und/oder betrachteten Partikeln sowie deren Advektion (und ggf. vertikale Durchmischung in der Erdatmosphäre) berücksichtigt und auf im Verkehrswegenetz ermittelten oder für das Verkehrswegenetz ermittelten Messdaten beruht. Derartige meteorologischen Transportmodelle basieren typischerweise auf mathematischen Modellen, welche dem Modell zugrundeliegende physikalische und/oder chemische Gesetzmäßigkeiten mittels Differentialgleichungen vorgibt, die dann zumeist numerisch gelöst werden. Die Modelle werden dabei jeweils durch Vorgabe insbesondere aktueller Messdaten zu Luftverschmutzungsdaten sowie thermodynamischer Messdaten in der unteren Atmosphäre initialisiert. Vorteilhaft berücksichtigen die meteorologischen Transportmodelle die Orographie des Verkehrswegenetzes. Vorteilhaft berücksichtigt das vorstehend angeführte meteorologische Transportmodell für darin modellierte chemische und/oder physikalische Reaktionen und Vorgänge die lokal im Verkehrswegenetz auftreffende Strahlungsenergie der Sonne, insbesondere im Wellenlängenbereich von 380 – 100 nm, insbesondere von 320 – 300 nm. Vorteilhaft umfasst das vorstehend angeführte meteorologische Transportmodell bei den darin modellierten chemischen Reaktionen den Prozess der bodennahen Ozonbildung. Ein einfacher solcher Prozess ist der Bildungsprozess bodennahen Ozons O3 aus Kohlenmonoxid CO bspw. gemäß folgender Reaktionskette: (1) CO + OH -> CO2 +H (2) H + O2 + K -> HO2 + K (3) HO2 + NO -> OH + NO2 (4) hν + NO2 -> NO + O (5) O + O2 + K -> O3+ K Netto: CO + 2 O2 -> CO2 + O3
mit K: Katalysator, hν: Energiequant mit Wellenlänge ≤ 0,4 μm. Voraussetzung für den Ablauf dieses Reaktionsschemas ist das Vorhandsein einer Mindestkonzentration an Stickoxiden: NOx = NO + NO2. Im Stand der Technik (bspw. John H. Seinfeld „Atmospheric Chemistry and Physics“, 2016, John Wiley & Sons, ISBN 9781118947401) sind weitere komplexere Ozonbildungsprozesse bekannt, die vorteilhaft alternativ oder zusätzlich ebenfalls von dem meteorologischen Transportmodell berücksichtigt werden. Somit ist es bspw. möglich, für Positionen POS des Verkehrswegenetzes für eine zukünftige Zeit ta+∆t mittels entsprechender mathematischer Transportmodelle prädizierte Ozonkonzentrationen anzugeben und an die vorgeschlagene Vorrichtung zu übermitteln, wobei die vorgeschlagene Vorrichtung die Steuerung/Reglung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen der Verbrennungsantriebseinheit und der Treibstoffmischeinheit basierend auf den prädizierten Ozonkonzentrationen durchführt. Diese Steuerung/Regelung wirkt daher vorbeugend, um für eine zukünftige Zeit ta+∆t auf Basis der aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) prädizierte Überschreitung von Grenzwerten zu verhindern. Vorteilhaft geben die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) für eine oder mehrere der folgenden Gase: NOx, NO, NO2, O3, CO, HC, VOC, SO2, Pb, C6H6, Ni, C20H12 und/oder Feinstaub, als Komponenten KOMP(POS, t) lokale aktuelle und/oder prädizierte Konzentrationen [NOx(POS, t)], [NO(POS, t)], [NO2(POS, t)], [O3(POS, t)], [CO(POS, t)], [HC(POS, t)] und [VOC(POS, t)], [SO2(POS, t)], [Pb(POS, t)], [C6H6(POS, t)], [Ni(POS, t)], [C20H12(POS, t)], [Feinstaub] an, mit VOC: flüchtige organische Verbindungen HC: unverbrannte Kohlenwasserstoffe NO: Stickstoffmonoxid NO2: Stickstoffdioxid NOx: Summe Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2 O3: Ozon CO: Kohlenstoffmonoxid SO2: Schwefeldioxid Pb: Blei
C6H6: Benzol Ni: Nickel C20H12: Benzo A Pyren Feinstaub: PM10 und/oder PM2,5. Vorteilhaft sind die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zumindest teilweise basierend auf (aktuellen) Messdaten MDA(t) zu Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen erzeugt, die an zumindest einer Messstation im Verkehrswegenetz ermittelt wurden. Vorteilhaft sind die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zumindest teilweise basierend auf Messdaten MDB(t) eines satellitengetragenen Fernerkundungssensors zu Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen in der erdbodennahen Erdatmosphäre erzeugt. Vorteilhaft sind die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zumindest teilweise basierend auf Messdaten MDC(t) zu einer aktuellen Verkehrsdichte in dem Verkehrswegenetz und basierend auf einem bereitgestellten Emissionskataster unter Anwendung eines meteorologischen Transportmodells, wie vorstehend erwähnt, erzeugt. Die Verkehrs-Emissionen im Verkehrswegenetz (mobile Emissionsquellen) können dabei auf Basis der Messdaten MDC(t) mit einem Emissionsmodell ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Dabei werden basierend auf den gemessenen Verkehrsdichten durch das Emissionsmodell damit einhergehende Emissionen für verschiedene Schadstoffe ermittelt. Neben den Emissionen aus mobilen Emissionsquellen sind natürlich auch Emissionen aus stationären Emissionsquellen (Hausbrand, Energiewirtschaft etc.) zu berücksichtigen. Die Emissionen aus den stationäre Emissionsquellen ergeben sich vorteilhaft aus dem bereitgestellten Emissionskataster. Dem meteorologischen Transportmodell sind damit die (aktuellen) Emissionen aus mobilen und stationären Emissionsquellen im Verkehrswegnetz bekannt. Das meteorologischen Transportmodell ermittelt auf dieser Basis sowie weiterer meteorologischer Parameter für das betrachtete Verkehrswegenetz Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen als Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t).
Das Emissionskataster umfasst hierzu vorzugsweise Emissionsdaten der wichtigsten freigesetzten Luftschadstoffe aus anthropogenen und/oder sonstigen Quellen. Vorliegend vorzugsweise für folgende Quellen: Hausbrand, Industrie, Landwirtschaft und Energiewirtschaft und folgende Luftschadstoffe: NOx, NO, NO2, CO, HC, VOC, SO2 und/oder Feinstaub. Diese Emissionsangaben beziehen sich bspw. auf quadratische Flächenelemente von der Größe 1 km2 für den betrachteten Teil der Erdoberfläche oder Teilbereiche davon. Vorteilhaft sind die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zumindest teilweise basierend auf (aktuellen) Messdaten MDD(t) zu Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen und/oder Zustandsgrößen der bodennahen Erdatmosphäre (bspw. Druck, Temperatur, Feuchte, Strahlung, etc.) erzeugt, die durch Sensoren an einem Fahrzeug im Verkehrswegenetz und/oder dem Fahrzeug F ermittelt sind. Die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) werden vorteilhaft von einem Zentralserver drahtlos an die erfindungsgemäße Vorrichtung übermittelt. Vorteilhaft wird der Zentralserver von einer staatlichen oder privaten Organisation betrieben, wobei der Zentralserver vorteilhaft Basisdaten (wie beispielsweise Messdaten) zur Ermittlung der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) für das betrachtete Verkehrswegenetz sammelt, entsprechend aufbereitet und anschließend an die vorgeschlagene Vorrichtung übermittelt. Die vorstehend beschriebenen Aufbereitungen der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), wie bspw. die Anwendung von meteorologischen Transportmodellen, werden vorzugsweise ebenfalls von dem Zentralserver ausgeführt. Vorteilhaft umfassen die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zudem zumindest einen Steuerbefehl, der direkt, d.h. ohne weitere Prozessierung der anderen Komponenten der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), eine dem Steuerbefehl entsprechende Steuerung/Reglung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit durch die Steuereinheit bewirkt. Über diese Weiterbildung kann ein direkt vom Zentralserver gesteuerter Eingriff auf die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit ,der nachgeschalteten Komponenten zur Reinigung
und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit erfolgen. Dieser Steuerbefehl kann vorteilhaft für einen spezifischen Bereich von Positionen POS im Verkehrswegenetz und/oder für einen spezifischen Zeitraum gelten. Die Position POSF(t) des Fahrzeugs F wird vorteilhaft von einer Positionsermittlungseinheit des Fahrzeugs F ermittelt und bereitgestellt. Vorteilhaft greift die Positionsermittlungseinheit auf eine satellitengestützte Positionsermittlung (bspw. mittels GPS, Galileo, GLONASS etc.) und/oder auf eine Koppelnavigation (Dead Reckoning) zurück. Vorteilhaft weist das Fahrzeug F ein Navigationssystem auf, in das eine beabsichtigte Fahrstrecke eingebbar ist und das daraus eine entsprechende Fahrtrajektorie FT ermittelt und an die vorgeschlagene Vorrichtung bereitstellt. Der Begriff „Fahrtrajektorie“ beschreibt vorliegend eine geplante, voraus liegende Fahrstrecke als Linie oder als Folge einzelner Positionen. Die Steuereinheit umfasst vorteilhaft zumindest eine Prozessoreinheit und eine Datenspeichereinheit. Vorteilhaft wird von der Prozessoreinheit ein Softwareprogramm ausgeführt, das abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung der übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) und/oder LVD(POS, ta+∆t) die Verbrennungsantriebseinheit, die damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit über die dritte Schnittstelle steuert/regelt. Die Steuereinheit schaltet somit bei Vorliegen entsprechender Voraussetzungen (insbesondere bei Grenzwertüberschreitung), die Steuerung/Regelung von einem „Normalbetrieb“ in einen spezifischen, d.h. von den Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t), t) bzw. LVD(POS F(t), ta+∆t) abhängigen „emissionsreduzierten Modus“. Vorteilhaft erfolgt die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit spezifisch, abhängig von jeweils in den Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t), t) angegebenen Komponenten der Erdatmosphäre, welche vorgegebene Grenzwerte Erreichen oder Überschreiten. D.h. nur diejenigen Komponenten KOMP(POSF(t), t) der Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t), t), welche vorgegebene Grenzwerte erreichen oder überschreiten, definieren die
spezifisch zugeordneten Steuerungs- und Regelungsparameter und/oder spezifisch zugeordneten Steuerungs- und Regelungsalgorithmen für die Verbrennungsantriebseinheit, die damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit. Vorteilhaft verfügt die Steuereinheit über entsprechend spezifische Steuer- und Regelparameter und/oder Steuer- und Regelalgorithmen, die bei Erreichen oder Überschreiten eines jeweils vorgegebenen Grenzwertes durch eine oder mehrere jeweilige Komponenten KOMP(POSF(t), t) der Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t), t) aktiviert werden. Liegen die Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t), t) für die darin aufgeführten Komponenten nach einem solchen Steuer-/Regeleingriff, der den Betrieb von einem „Normalbetriebsmodus“ in einen „emissionsreduzierten Modus“ geschaltet hat, wieder unter den jeweiligen Grenzwerten, so werden die Verbrennungsantriebseinheit, die damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit vorteilhaft automatisiert wieder in den „Normalbetriebsmodus“ geschaltet, sodass sie Steuerung/Regelung wieder mit den Normalbetriebsparametern erfolgt. Vorteilhaft wird für diesen Fall von der Steuereinheit ein zweites Warnsignal erzeugt und an der fünften Schnittstelle bereitgestellt. Dieses zweite Warnsignal wird vorteilhaft an der Ausgabeeinheit im Fahrzeug ausgegeben, wobei der Fahrer in diesem Fall darüber informiert wird, dass eine Umschaltung von einem „emissionsreduzierten Modus“ in den „Normalbetriebsmodus“ ansteht, aber noch nicht ausgeführt ist. Eine Aktivierung des „Normalbetriebsmodus“ erfolgt in diesem Fall vorzugsweise erst dann, wenn ein Freigabesignal an der vierten Schnittstelle von der Eingabeeinheit im Fahrzeug bereitgestellt ist. Mit der Betätigung der Eingabeeinheit kann der Fahrer über Umschaltung vom „emissionsreduzierten Modus“ in den „Normalbetriebsmodus“ bspw. abhängig von der aktuellen Fahrsituation entscheiden. Vorteilhaft ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass sie die Verbrennungsantriebseinheit, die Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit abhängig von einer von der aktuellen Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz weiterführend geplanten
Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F und zugeordneter Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), t) steuert/regelt, wobei POS(FT) die durch die Fahrtrajektorie FT definierten Positionen im Verkehrswegenetz angibt. In dieser Variante wird somit vorausschauend der aktuelle oder für die Zeit des jeweiligen Erreichens einer Position entlang der Fahrtrajektorie FT prädizierte Zustand der bodennahen Erdatmosphäre, d.h. der zugeordneten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), t) entlang der geplanten Fahrtrajektorie FT, bei der Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit bereits an der aktuellen Position des Fahrzeugs POSF(ta) berücksichtigt. Vorteilhaft ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit folgendes umfasst: ^ eine Steuerung/Regelung einer der Verbrennungsantriebseinheit zugeführten Treibstoffmenge, ^ eine Steuerung/Regelung einer der Verbrennungsantriebseinheit zugeführten Luftmenge ^ eine Steuerung/Regelung eines Kraftstoffdrucks, ^ eine Steuerung/Regelung eines Ladedrucks eines Turboladers der Verbrennungsantriebseinheit, ^ eine Steuerung/Regelung eines Zündzeitpunkts, ^ eine Steuerung/Regelung einer Drehzahl, ^ eine Steuerung/Reglung einer Ladeluftkühlung, ^ eine Steuerung/Regelung einer Zylinderabschaltung, ^ eine Steuerung/Regelung einer Abgasrückführung, ^ eine Steuerung/Umschaltung von einem Benzin- oder Diesel-Betrieb oder von einem Betrieb mit synthetischen Kraftstoffen in einen Wasserstoff- oder Erdgas- Betrieb und/oder ^ eine Steuerung/Regelung eines Getriebes der Verbrennungsantriebseinheit. Vorzugsweise ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass für bereitgestellte Komponenten KOMP(POS, ta) von aktuellen Luftverschmutzungsdaten
LVD(POS, ta) und/oder für bereitgestellte Komponenten KOMP(POS, ta+∆t) von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) und/oder von aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), ta)) für eine von der aktuellen Position POSF(ta) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F und/oder von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierte Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), ta+∆t) für eine von der aktuellen Position POSF(ta) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F je Komponente ein Grenzwert vorgebbar ist und die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen und der Treibstoffmischeinheit abhängig von einem Vergleich der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder LVD(POS, ta+∆t) und/oder LVD(POS(FT), ta) und/oder LVD(POS(FT), ta+∆t) mit den entsprechenden Grenzwerten erfolgt. Vorzugsweise sind die Grenzwerte abhängig von der Art der Verbrennungsantriebseinheit vorgegeben. Der Kerngedanke der Erfindung ist es, sowohl Betriebsparameter/Betriebsalgorithmen zur Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit als auch Betriebsparameter/Betriebsalgorithmen zur Steuerung/Regelung der der Verbrennungsantriebseinheit der nachgeschalteten Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit abhängig von den bereitgestellten orts- und zeitabhängigen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zu ändern. Dabei werden die Verbrennungsantriebseinheit, die nachgeschalteten Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit vorzugsweise derart gesteuert/geregelt, dass sofern sich für zumindest eine Komponente KOMP(POS, t) der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) ein aktuelles (zur Zeit ta) oder ein absehbares (für eine zukünftige Zeit ta+∆t) Überschreiten von gegebenen Grenzwerten ergibt, eine von den Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) abhängige Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit und der nachgeschalteten Komponenten gemäß einem „emissionsreduzierten Modus“ erfolgt.
Dadurch kann eine spezifische, auf einen aktuellen oder einen prädizierten Zustand der bodennahen Atmosphäre abgestimmte gezielte Reduktion spezifischer Emissionen erfolgen. Die vorgeschlagene Vorrichtung kann im Rahmen der Produktion von Neufahrzeugen in diese Fahrzeuge integriert werden, und insbesondere als Nachrüstsatz in bereits vorhandene Fahrzeuge nachgerüstet werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug F mit einer Verbrennungsantriebseinheit, damit verbundenen steuer-/regelbaren Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen der Verbrennungsantriebseinheit, und einer Treibstoffmischeinheit insbesondere einen Pkw, einen Bus, einen Lkw, ein Wasserfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, und mit einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben. Vorteilhaft weist das Fahrzeug F einen oder mehrere Sensoren auf, mit denen Messdaten MDD(t) zu Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen und/oder Zustandsgrößen der bodennahen Erdatmosphäre (bspw. Druck, Temperatur, Feuchte, Strahlung, etc.) erzeugt und als Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) oder ergänzend zu Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), die von einer anderen Quelle an die Vorrichtung übermittelt werden, bereitgestellt werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System umfassend eine Anzahl I von Fahrzeugen Fi mit i = 1, 2, …, I und I >= 1, wie vorstehend beschrieben, die in einem Verkehrswegenetz betrieben werden, wobei jedes der Fahrzeuge Fi eine Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben aufweist, wobei jedes Fahrzeug Fi zudem eine Vorrichtung zur Ermittlung einer aktuellen Position POSF des Fahrzeugs F aufweist. Das System umfasst weiterhin einen Server oder ein verteiltes Servernetz, der/das dazu eingerichtet und ausgeführt ist, zeitabhängige Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) für Positionen POS in dem Verkehrswegenetz zu ermitteln und an die Fahrzeuge Fn zu übermitteln, wobei die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) einen Zustand der bodennahen Erdatmosphäre angeben. Ein letzter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit und damit verbundenen steuer-/regelbaren Komponenten
zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und einer steuer-/regelbaren Treibstoffmischeinheit für ein Fahrzeug F, wobei der Treibstoffmischeinheit ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, mittels der Treibstoffmischeinheit Treibstoff mit einem Mischungsverhältnis M aus erstem und zweitem Treibstoff einstellbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit zugeführt wird, und der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden, aufweisend folgende Schritte: an einer ersten Schnittstelle, für Positionen POS in einem Verkehrswegenetz, für die erdbodennahe Erdatmosphäre Bereitstellen repräsentativer Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit; an einer zweiten Schnittstelle, Bereitstellen einer Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz; und mittels einer Steuereinheit über eine dritte Schnittstelle, Steuern/Regeln der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung von zugeordneten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t). Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheit die Verbrennungsantriebseinheit, die Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit abhängig von Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), t) für eine von der aktuellen Position POSF(t) im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F steuert/regelt, wobei POS(FT) durch die Fahrtrajektorie FT definierte Positionen im Verkehrswegenetz angibt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) aktuelle Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierte Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) umfassen, wobei insbesondere gilt ∆t > 30 min oder ∆t > 60 min oder ∆t > 120 min oder ∆t > 240 min. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbrennungsantriebseinheit ein Dieselmotor oder ein Ottomotor oder eine Strömungsmaschine oder ein Wankelmotor oder ein Freikolbenlineargenerator oder eine
Verbrennungsantriebseinheit ist. Die Verbrennungsantriebseinheit kann dabei jeweils ein steuerbares/regelbares Getriebe aufweisen. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuern/Regeln der Verbrennungsantriebseinheit durch die Steuereinheit folgendes umfasst: Steuern/Regeln einer der Verbrennungsantriebseinheit zugeführten Kraftstoffmenge, Steuern/Regeln einer der Verbrennungsantriebseinheit zugeführten Luftmenge Steuern/Regeln eines Kraftstoffdrucks, Steuern/Regeln eines Getriebes der Verbrennungsantriebseinheit, Steuern/Regeln eines Ladedrucks eines Turboladers der Verbrennungsantriebseinheit, Steuern/Regeln eines Zündzeitpunkts, Steuern/Regeln einer Drehzahl, Steuern/Regeln einer Ladeluftkühlung, Steuerung/Regelung einer Abgasrückführung, Steuerung/Umschaltung von einem Benzin- oder Diesel-Betrieb in einen Wasserstoff- oder mit Erdgas-Betrieb, und/oder Steuerung/Regelung eines Getriebes der Verbrennungsantriebseinheit. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Komponenten zur Abgasreinigung/Abgasbehandlung umfassen: einen steuer-/regelbaren Partikelfilter, einen steuer-/regelbaren NOx-Absorber/ NOx-Adsorber, einen steuer-/regelbaren NOx-Speicherkatalysator, einen steuer-/regelbaren SCR Katalysator, einen steuer-/regelbaren Oxidationskatalysator für HC, einen steuer-/regelbaren Absorber für CO/ Adsorber für CO, einen steuer-/regelbaren Oxidationskatalysator für CO, einen steuer-/regelbaren Absorber für VOC/ Adsorber für VOC, und/oder einen steuer-/regelbaren Oxidationskatalysator für VOC. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) für eine oder mehrere der folgenden Komponenten: NOx, NO, NO2, O3, CO, HC, VOC, SO2, Pb, C6H6, Ni, C20H12 und/oder Feinstaub lokale aktuelle Konzentrationen [NOx(POS, t)], [NO(POS, t)], [NO2(POS, t)],
[O3(POS, t)], [CO(POS, t)], [HC(POS, t)] und [VOC(POS, t)], [SO2(POS, t)], [Pb(POS, t)], [C6H6(POS, t)], [Ni(POS, t)], [C20H12(POS, t)], [Feinstaub] angeben, mit VOC: flüchtige organische Verbindungen HC: unverbrannte Kohlenwasserstoffe NO: Stickstoffmonoxid NO2: Stickstoffdioxid NOx: Summe Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2 O3: Ozon CO: Kohlenstoffmonoxid SO2: Schwefeldioxid Pb: Blei C6H6: Benzol Ni: Nickel C20H12: Benzo A Pyren Feinstaub: PM10 und/oder PM2,5. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) basierend auf Messdaten MDA(t) zu Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen erzeugt sind, die jeweils an Messstationen im Verkehrswegenetz ermittelt werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) basierend auf Messdaten MDB(t) eines satellitengetragenen Fernerkundungssensors zu erdbodennahen Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen erzeugt sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zumindest teilweise basierend auf Messdaten MDC(t) zu einer aktuellen Verkehrsdichte in dem Verkehrswegenetz und basierend auf einem bereitgestellten Emissionskataster unter Anwendung eines meteorologischen Transportmodells, wie vorstehend erwähnt, erzeugt sind.
Die Verkehrs-Emissionen im Verkehrswegenetz (mobile Emissionsquellen) können dabei auf Basis der Messdaten MDC(t) mit einem Emissionsmodell ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Dabei werden basierend auf den gemessenen Verkehrsdichten durch das Emissionsmodell damit einhergehende Emissionen für verschiedene Schadstoffe ermittelt. Neben den Emissionen aus mobilen Emissionsquellen sind natürlich auch Emissionen aus stationären Emissionsquellen (Hausbrand, Energiewirtschaft etc.) zu berücksichtigen. Die Emissionen aus den stationäre Emissionsquellen ergeben sich vorteilhaft aus dem bereitgestellten Emissionskataster. Dem meteorologischen Transportmodell sind damit die (aktuellen) Emissionen aus mobilen und stationären Emissionsquellen im Verkehrswegnetz bekannt. Das meteorologischen Transportmodell ermittelt auf dieser Basis sowie weiterer meteorologischer Parameter für das betrachtete Verkehrswegenetz Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen als Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t). Das Emissionskataster umfasst hierzu vorzugsweise Emissionsdaten der wichtigsten freigesetzten Luftschadstoffe aus anthropogenen und/oder sonstigen Quellen. Vorliegend vorzugsweise für folgende Quellen: Hausbrand, Industrie, Landwirtschaft und Energiewirtschaft und folgende Luftschadstoffe: NOx, NO, NO2, CO, HC, VOC, SO2 und/oder Feinstaub. Diese Emissionsangaben beziehen sich bspw. auf quadratische Flächenelemente von der Größe 1 km2 für den betrachteten Teil der Erdoberfläche oder Teilbereiche davon. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zumindest teilweise basierend auf (aktuellen) Messdaten MDD(t) zu Gaskonzentrationen und/oder Partikelkonzentrationen und/oder Zustandsgrößen der bodennahen Erdatmosphäre (bspw. Druck, Temperatur, Feuchte, Strahlung, etc.) erzeugt sind, die Sensoren an einem Fahrzeug im Verkehrswegenetz und/oder dem Fahrzeug F ermitteln. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten prädizierten lokalen Komponenten der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) für eine zukünftige Zeit ta+∆t basierend auf den aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) von einem mathematischen meteorologischen Transportmodell ermittelt sind, das chemische sowie physikalische
Reaktionen von betrachteten Gasen und/oder betrachteten Partikeln sowie deren Advektion im Verkehrswegenetz berücksichtigt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das meteorologische Transportmodell für darin modellierte chemische sowie physikalische Reaktionen die lokal im Verkehrswegenetz auftreffende Strahlungsenergie der Sonne, insbesondere im Wellenlängenbereich von 300 nm – 320 nm, berücksichtigt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das meteorologische Transportmodell bei den darin modellierten chemischen Reaktionen den Prozess der bodennahen Ozonbildung umfasst. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die an der ersten Schnittstelle bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zumindest einen Steuerbefehl umfassen, der eine dem Steuerbefehl entsprechende Steuerung/Reglung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit durch die Steuereinheit bewirkt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Steuereinheit für bereitgestellte Komponenten von aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) und/oder von aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POSFT(ta)) für eine von der aktuellen Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz weiterführend geplanten Fahrstrecke FT des Fahrzeugs F und/oder von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierten Luftverschmutzungsdaten LVD(POSFT(ta+∆t)) für eine von der aktuellen Position POSF(t) des Fahrzeugs im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrstrecke FT des Fahrzeugs F je Komponente ein Grenzwert vorgebbar ist und die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit und der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen abhängig von einem Vergleich der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder LVD(POS, ta+∆t) und/oder LVD(POSFT(ta)) und/oder LVD(POSFT(ta+∆t)) mit den entsprechenden Grenzwerten erfolgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Grenzwerte abhängig von der Art der Verbrennungsantriebseinheit vorgegeben sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheit derart ausgeführt ist, dass bei einer Überschreitung eines oder mehrerer Grenzwerte, zumindest eines aus folgenden erfolgt: - eine der Verbrennungsantriebseinheit zugeführte Kraftstoffmenge reduziert wird, - eine Drehzahl der Verbrennungsantriebseinheit reduziert wird, - der umweltverträglichere Treibstoff aus erstem Treibstoff und zweiten Treibstoff zu 100% der Verbrennungsantriebseinheit (101) zugeführt wird, und/oder - zumindest einer aus folgenden: ^ Partikelfilter ^ NOx-Absorber ^ NOx-Speicherkatalysator ^ Oxidationskatalysator für HC ^ Absorber für CO ^ Oxidationskatalysator für CO ^ Absorber für VOC ^ Oxidationskatalysator für VOC teilweise oder vollständig aktiviert wird/werden. Einfach ausgedrückt, erfolgt die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit bei hinreichend sauberer bodennaher Erdatmosphäre grundsätzlich im „Normalbetriebsmodus“. Sobald jedoch die übermittelten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) für eine aktuelle Position POSF(t) des Fahrzeugs F und/oder für eine vorausliegende Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F vorgegebene Grenzwerte erreichen bzw. überschreiten, erfolgt eine Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit, der damit verbundenen Komponenten und der Treibstoffmischeinheit gemäß einem „emissionsreduzierten Modus“, jeweils auf Basis entsprechend zugeordneten Steuerungs-/Regelungsparameter und/oder Steuerungs- /Regelungsalgorithmen, ggf. erst nach expliziter Freigabe durch einen Fahrer eines Fahrzeugs bzw. dem Vorliegen eines entsprechenden Freigabesignals an der vorgeschlagenen Vorrichtung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig.1 einen schematisierten Aufbau einer vorgeschlagenen Vorrichtung, und Fig.2 einen schematisierten Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens, Fig.1 zeigt einen schematisierten Aufbau einer vorgeschlagenen Vorrichtung 100 zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit 101, zwei damit verbundenen steuer-/regelbaren Komponenten 102a,b zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und einer Treibstoffmischeinheit 120 für ein Fahrzeug F, wobei der Treibstoffmischeinheit 120 ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, mittels der Treibstoffmischeinheit 120 Treibstoff mit einem einstellbaren Mischungsverhältnis M aus dem ersten und dem zweiten Treibstoff erzeugbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit 101 im Betrieb zugeführt wird, und der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden, umfassend: eine erste Schnittstelle 103, an der für Positionen POS in einem Verkehrswegenetz, für die erdbodennahe Erdatmosphäre repräsentative Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) bereitgestellt werden, mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit; eine zweite Schnittstelle 104, an der eine Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz bereitgestellt wird; und eine Steuereinheit 105, die abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung zugeordneter Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) die Verbrennungsantriebseinheit 101, die damit verbundenen Komponenten 102 zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit 120 über eine dritte Schnittstelle 106 steuert/regelt. Der erste Treibstoff sei vorliegend ein umweltfreundlicher synthetischer Treibstoff, der bei seiner ausschließlichen Verwendung (zu 100%) in der Verbrennungsantriebseinheit 101 nur sehr geringe Schadstoffemissionen erzeugt. Der zweite Treibsoff sei vorliegend ein konventioneller Treibstoff, wie Benzin, wobei vorausgesetzt sei, dass die
Verbrennungsantriebseinheit 101 sowohl mit dem ersten Treibstoff als auch mit dem zweiten Treibstoff sowie mit jeglicher Mischung aus beiden Treibstoffen betreibbar ist. Der Verbrennungsantriebseinheit 101, vorliegend ein Ottomotor mit steuerbarem Getriebe, sind im Abgasstrang zwei steuer-/regelbare Komponenten 102a,b zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen der Verbrennungsantriebseinheit 101 nachgeschaltet. Eine erste der Komponenten 102a ist eine NOx-Adsorber-Einrichtung. Eine zweite der Komponenten 102b ist eine Absorber-Einrichtung für CO. An der ersten Schnittstelle 103 werden die für die erdbodennahe Erdatmosphäre repräsentativen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) von einem Server 108 bereitgestellt, mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit. Die Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) geben vorliegend als Komponenten KOMPn(POS, t) für eine aktuelle Zeit (t = ta) und für folgende Gase NOx, NO, NO2, O3, CO, HC, und VOC lokale aktuelle Konzentrationen [NOx(POS, t)], [NO(POS, t)], [NO2(POS, t)], [O3(POS, t)], [CO(POS, t)], [HC(POS, t)] und [VOC(POS, t)] an, mit n = 1, 2, …, 7; N = 7 VOC: flüchtige organische Verbindungen HC: unverbrannte Kohlenwasserstoffe NO: Stickstoffmonoxid NO2: Stickstoffdioxid NOx: Summe Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2 O3: Ozon CO: Kohlenstoffmonoxid. An der zweiten Schnittstelle 104 wird eine von einer im Fahrzeug F angeordneten Vorrichtung 107 (bspw. Navigationssystem mit GPS) ermittelte aktuelle Position POSF(t = ta ) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz bereitgestellt. Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin eine vierte Schnittstelle 109, an der ein Freigabesignal von einer im Fahrzeug F angeordneten Eingabevorrichtung 111
bereitgestellt wird. Die Erzeugung des Freigabesignals erfordert eine entsprechende Eingabe in die Eingabevorrichtung 111, insbesondere durch den Fahrer des Fahrzeugs F. Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin eine fünfte Schnittstelle 110, an der ein von der Steuereinheit 105 erzeugtes Warnsignal immer dann bereitgestellt wird, wenn eine „Umschaltung“ vom „Normalbetriebsmodus“ in einen „emissionsreduzierten Modus“ oder umgekehrt ansteht. Dieses Warnsignal wird im Fahrzeug F als optische und akustische Warnung von einer Ausgabeeinheit 112 ausgegeben, woraufhin der Fahrer des Fahrzeugs F, bspw. abhängig von der aktuellen Verkehrssituation, durch eine entsprechende Eingabe in die Eingabevorrichtung eine solche „Umschaltung“ autorisieren kann, wobei von der Eingabevorrichtung ein Freigabesignal ausgegeben wird und an der fünften Schnittstelle 110 bereitgestellt wird. Die entsprechende „Umschaltung“ der Steuerung/Regelung erfolgt mithin erst nach Vorliegen des entsprechenden Freigabesignals. Die Vorrichtung umfasst weiterhin die Steuereinheit 105, die abhängig von der bereitgestellten aktuellen Position POSF(t = ta) des Fahrzeugs F und unter Berücksichtigung zugeordneter Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) die Verbrennungsantriebseinheit 101, die damit verbundenen Komponenten 102a,b zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit 120 über eine dritte Schnittstelle 106 steuert/regelt. Hierzu sind der Steuereinheit 105 für die Gase NOx, NO, NO2, O3, CO, HC, und VOC jeweils Konzentrations-Grenzwerte GWn vorgegeben. Solange die in den Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) für die aktuelle Position POSF(ta) des Fahrzeugs F POSF(ta) repräsentativen Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(ta), ta) keine dieser jeweiligen Konzentrations-Grenzwerte GWn überschreiten, erfolgt die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit 101 der damit verbundenen Komponenten 102a,b zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit 120 mit vorgegebenen Normalbetriebsparametern bzw. mit einem vorgegebenen Normal- Regelalgorithmus bzw. vorliegend zu 100% mit Benzin, d.h. dem zweiten Treibstoff. Sobald die Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(ta), ta) für die aktuelle Fahrzeugposition POSF(ta) für zumindest eine der übermittelten Gas-Komponenten KOMPn(POSF(ta), ta) den zugeordneten Konzentrations-Grenzwert GWn überschreitet, erfolgt eine Steuerung
/Reglung der Verbrennungsantriebseinheit 101, der damit verbundenen zwei Komponenten 102a,b und derTreibstoffmischeinheit 120 in einem „emissionsreduzierten Modus“ abhängig von der/den Gas-Komponente/n KOMPn(POSF(ta), ta), welche den/die Grenzwert/e GWn überschritten hat/haben und von der jeweiligen Konzentration dieser Gas-Komponente/n. Hierzu sind in der Steuereinheit 105 für einen „emissionsreduzierten Modus“ für jede der Gaskomponenten Steuer-/Regelparameter und/oder Steuer-/Regelalgorithmen hinterlegt, die in diesem Ausführungsbeispiel dann zur Anwendung kommen, wenn der der jeweiligen Gaskomponente zugeordnete Grenzwert an der Position POSF(ta) überschritten wird. Vorliegend sei angenommen, dass der Grenzwert für Ozon O3 an der aktuellen Position POSF(ta) des Fahrzeugs F überschritten wird. Als Folge davon wird vorliegend von der Steuereinheit 105 zunächst ein Warnsignal erzeugt, das an der fünften Schnittstelle 110 der Vorrichtung 105 bereitgestellt wird, und die die Überschreitung eines Grenzwertes GWn anzeigt. Dieses Warnsignal wird von der mit dieser fünften Schnittstelle 110 verbundenen Ausgabevorrichtung 112 im Fahrzeug F als akustische und optische Warnung ausgegeben, so dass der Fahrer entsprechend über das Vorliegen einer Grenzwertüberschreitung und einer deshalb anstehenden, aber noch nicht ausgeführten Umschaltung vom bisherigen „Normalbetriebsmodus“ in einen „emissionsreduzierten Modus“ informiert wird. Vorteilhaft wird von der vorgeschlagenen Vorrichtung über eine sechste Schnittstelle jeweils ein Signal bereitgestellt, das den aktuellen Steuer-/Regelmodus der Vorrichtung angibt, d.h. „Normalbetriebsmodus“ oder „emissionsreduzierter Modus“. Diese Information wird vorteilhaft im Fahrzeug in geeigneter Weise ausgegeben. Der Fahrer des Fahrzeugs F wird dadurch über den aktuellen Steuer-/Regelmodus der Vorrichtung informiert. Nach Ausgabe des Warnsignals im Fahrzeug wird nun dem Fahrer die Entscheidung darüber überlassen, ob die Steuervorrichtung 105 vom „Normalbetriebsmodus“ in einen „emissionsreduzierten Modus“ umschalten soll. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil mit dem Umschalten in einen „emissionsreduzierten Modus“ eine grundsätzlich verfügbare Motorleistung des Fahrzeugs plötzlich deutlich reduziert werden kann, und somit dieses Umschalten durch Fahrer nach einer Beurteilung der aktuellen
Verkehrssituation erfolgen sollte. Zur Eingabe dieser Entscheidung weist das Fahrzeug F eine entsprechende Eingabevorrichtung 111 zur mechanischen, haptischen, akustischen oder optischen Eingabe auf. Diese Eingabevorrichtung 111 ist mit der Steuereinheit 105 über die vierte Schnittstelle 109 verbunden. Die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit 101, der Komponenten 102a,b und der Treibstoffmischeinheit 120 durch die Steuereinheit 105 wird bei Vorliegen des Freigabesignals an der vierten Schnittstelle 109 automatisch in einen „emissionsreduzierten Modus“ geschaltet, wobei aufgrund der hierfür hinterlegten Steuer- /Regelparameter durch die Steuereinheit 105 vorliegend eine der Verbrennungsantriebseinheit 101 zugeführte Treibstoffmenge um 20 % reduziert und eine Drehzahl des die Verbrennungsantriebseinheit 101 umfassenden Getriebes im Abtriebsstrang reduziert werden, weiterhin werden beide Komponenten 102a,b (NOx- Adsorber und CO Absorber) vollständig aktiviert und die Treibstoffmischeinheit 120 regelt das Mischungsverhältnis auf 70% erster Treibstoff (umweltfreundlich) und 30% zweiter Treibstoff (Benzin). Die für eine Überschreitung von Grenzwerten GWn durch Komponenten KOMPn(POS, t) der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) hinterlegten Steuer-/Regelparameter und/oder Steuer-/Regelalgorithmen können dabei, je nach betrachteter Situation, Anforderung und Detaillierungsgrad der bereitgestellten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) erheblich komplexe Funktionen und Abhängigkeiten von den aktuellen Werten der Komponenten KOMPn(POS, t) beinhalten. Sobald für eine Zeit t‘ zeitlich nach der Aktivierung des „emissionsreduzierten Modus“ für eine aktuelle Position POSF(t‘) und des Fahrzeugs F keine Überschreitung von zugehörigen Grenzwertkonzentrationen GWn mehr ermittelt wird, erzeugt die Steuereinheit 105 wieder ein Warnsignal und stellt dies an der fünften Schnittstelle 110 bereit. Sobald daraufhin an der vierten Schnittstelle 109 ein Freigabesignal bereitgestellt wird, schaltet die Steuereinheit 105 die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit 101, der damit verbundenen zwei Komponenten 102a,b und der Treibstoffmischeinheit 120 vom „emissionsreduzierten Modus“ wieder in den „Normalbetriebsmodus“, d.h. eine Steuerung/Regelung erfolgt dann wieder mit den Normalbetriebs-Parametern.
Vorteilhaft ist die vorgeschlagene Vorrichtung, insbesondere die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass ein Umschalten vom „emissionsreduzierten Modus“ in den „Normalbetriebsmodus“ und umgekehrt in Form einer graduellen Anpassung der Steuer-/Regelparameter bzw. der Steuer-/Regelalgorithmen erfolgt. Dadurch wird insbesondere ein überraschendes, plötzlich auftretendes, unstetiges Steuer- /Regelverhalten verhindert. Fig.2 zeigt einen schematisierten Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit 101 und damit verbundenen steuer-/regelbaren Komponenten 102 zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und einer steuer-/regelbaren Treibstoffmischeinheit 120 für ein Fahrzeug F, wobei der Treibstoffmischeinheit 120 ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, mittels der Treibstoffmischeinheit 120 Treibstoff mit einem Mischungsverhältnis M aus erstem und zweitem Treibstoff einstellbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit 101 zugeführt wird, und der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. In einem ersten Schritt 201 erfolgt an einer ersten Schnittstelle 103 für Positionen POS in einem Verkehrswegenetz, für die erdbodennahe Erdatmosphäre ein Bereitstellen repräsentativer Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit. In einem zweiten Schritt 202 erfolgt an einer zweiten Schnittstelle ein Bereitstellen einer Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz. In einem dritten Schritt 203 erfolgt mittels einer Steuereinheit 105 über eine dritte Schnittstelle 106 ein Steuern/Regeln der Verbrennungsantriebseinheit 101, der damit verbundenen Komponenten 102 zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit 120 abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung der zugeordneten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t). In
diesem Ausführungsbeispiel sind unter „zugeordneten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t)“ die aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) zu verstehen.
Bezugszeichenliste 100 vorgeschlagene Vorrichtung zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit 101 und einer oder mehreren damit verbundenen steuer-/regelbaren Komponente(n) 102 zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen für ein Fahrzeug F 101 Verbrennungsantriebseinheit 102 steuer-/regelbaren Komponente(n) 102 zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen der Verbrennungsantriebseinheit 101 103 erste Schnittstelle 104 zweite Schnittstelle 105 Steuereinheit 106 dritte Schnittstelle 107 Vorrichtung zur Ermittlung einer aktuellen Position des Fahrzeugs F/Fn 108 Server oder ein Servernetzwerk 109 vierte Schnittstelle 110 fünfte Schnittstelle 111 Eingabevorrichtung 112 Ausgabevorrichtung 120 Treibstoffmischeinheit 201- 203 Verfahrensschritte
Claims
Patentansprüche 1. Vorrichtung (100) zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit (101), einer oder mehrerer damit verbundener steuer-/regelbarer Komponente(n) (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und einer steuer-/regelbaren Treibstoffmischeinheit (120) für ein Fahrzeug F, wobei - der Treibstoffmischeinheit (120) ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, - mittels der Treibstoffmischeinheit (120) Treibstoff mit einem einstellbaren Mischungsverhältnis M aus dem ersten und dem zweiten Treibstoff erzeugbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit (101) im Betrieb zugeführt wird, und - der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden, umfassend: - eine erste Schnittstelle (103), an der für Positionen POS in einem Verkehrswegenetz, für die erdbodennahe Erdatmosphäre repräsentative Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) bereitgestellt werden, mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit; - eine zweite Schnittstelle (104), an der eine Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz bereitgestellt wird; und - eine Steuereinheit (105), die abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung zugeordneter Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) die Verbrennungsantriebseinheit (101), die damit verbundenen Komponenten (102) und die Treibstoffmischeinheit (120) über eine dritte Schnittstelle (106) steuert/regelt. 2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (105) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass sie die Verbrennungsantriebseinheit (101), die Komponenten (102) und die Treibstoffmischeinheit (120) abhängig von einer von der aktuellen Position POSF(t)
im Verkehrswegenetz weiterführend geplanten Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F und zugeordneter Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), t) steuert/regelt, wobei POS(FT) die durch die Fahrtrajektorie FT definierten Positionen im Verkehrswegenetz angibt. 3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuereinheit (105) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass für bereitgestellte Komponenten KOMP(POS, t) - von aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) mit ta: aktuelle Zeit und/oder - von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierten Luftverschmutzungsdaten - LVD(POS, ta+∆t), mit ∆t vorgegebener Zeitspanne, und/oder - von aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), ta)) für eine von der aktuellen Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F und/oder - von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(FT), ta+∆t) für eine von der aktuellen Position POSF(ta) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F je Komponente KOMP(POS, t) ein Grenzwert vorgebbar ist und die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit (101), der damit verbundenen Komponenten (102) und der Treibstoffmischeinheit (120) abhängig von einem Vergleich der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder LVD(POS, ta+∆t) und/oder LVD(POS(FT), ta) und/oder LVD(POS(FT), ta+∆t) mit den entsprechenden Grenzwerten erfolgt. 4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, bei der die Grenzwerte abhängig von der Art der Verbrennungsantriebseinheit (101) vorgegeben sind. 5. Fahrzeug F mit einer Verbrennungsantriebseinheit (101), damit verbundenen steuer-/regelbaren Komponenten (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von Abgasen und einer steuer-/regelbaren Treibstoffmischeinheit (120), wobei
- der Treibstoffmischeinheit (120) ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, - mittels der Treibstoffmischeinheit (120) Treibstoff mit einem einstellbaren Mischungsverhältnis M aus dem ersten und dem zweiten Treibstoff erzeugbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit (101) im Betrieb zugeführt wird, und - der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden, und mit einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4. 6. System umfassend eine Anzahl N von Fahrzeugen Fn mit n = 1, 2, …, N und N > 1, gemäß Anspruch 6, die in einem Verkehrswegenetz betrieben werden, wobei jedes Fahrzeug Fn eine Vorrichtung (107) zur Ermittlung einer aktuellen Position des Fahrzeugs Fn aufweist, und weiterhin umfassend einen Server (108) oder ein Servernetzwerk (108), der/das dazu eingerichtet und ausgeführt ist, Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t) zu ermitteln und an die Fahrzeuge Fn zu übermitteln. 7. Verfahren zur Steuerung/Regelung einer Verbrennungsantriebseinheit (101), damit verbundener steuer-/regelbarer Komponenten (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und einer steuer-/regelbaren Treibstoffmischeinheit (120) für ein Fahrzeug F, wobei - der Treibstoffmischeinheit (120) ein erster Treibstoff aus einem ersten Treibstoffreservoir und ein zweiter Treibstoff aus einem zweiten Treibstoffreservoir zuführbar ist, - mittels der Treibstoffmischeinheit (120) Treibstoff mit einem Mischungsverhältnis M aus erstem und zweitem Treibstoff einstellbar ist, der der Verbrennungsantriebseinheit (101) zugeführt wird, und - der erste Treibstoff und der zweite Treibstoff eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt wurden, aufweisend folgende Schritte: - an einer ersten Schnittstelle (103), für Positionen POS in einem Verkehrswegenetz, für die erdbodennahe Erdatmosphäre Bereitstellen (201)
repräsentativer Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), mit Variable POS: Position auf der Erdoberfläche in 2D oder 3D, Variable t: Zeit; - an einer zweiten Schnittstelle Bereitstellen (202) einer Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz, - mittels einer Steuereinheit (105) über eine dritte Schnittstelle (106), Steuern/Regeln (203) der Verbrennungsantriebseinheit (101), der damit verbundenen Komponenten (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und der Treibstoffmischeinheit (120) abhängig von der Position POSF(t) des Fahrzeugs F unter Berücksichtigung der zugeordneten Luftverschmutzungsdaten LVD(POSF(t)). 8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Steuereinheit (105) die Verbrennungsantriebseinheit (101), die Komponenten (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von deren Abgasen und die Treibstoffmischeinheit (120) abhängig von Luftverschmutzungsdaten LVD(POS(GT), t) für eine von der aktuellen Position POSF(t) im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrtrajektorie FT des Fahrzeugs F steuert/regelt, wobei POS(FT) die durch die Fahrtrajektorie FT definierten Positionen im Verkehrswegenetz angibt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, - bei dem der Steuereinheit (105) für bereitgestellte Komponenten KOMP(POS, t) - von aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder - von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierten Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta+∆t) und/oder - von aktuellen Luftverschmutzungsdaten LVD(POSFT(ta)) für eine von der aktuellen Position POSF(t) des Fahrzeugs F im Verkehrswegenetz weiterführend geplanten Fahrstrecke FT des Fahrzeugs F und/oder - von für eine zukünftige Zeit ta+∆t prädizierten Luftverschmutzungsdaten LVD(POSFT(ta+∆t)) für eine von der aktuellen Position POSF(t) des Fahrzeugs im Verkehrswegenetz weiterführend geplante Fahrstrecke FT des Fahrzeugs F ^ je Komponente KOMP(POS, t) ein Grenzwert vorgebbar ist und die Steuerung/Regelung der Verbrennungsantriebseinheit (101) und der damit verbundenen Komponenten (102) zur Reinigung und/oder Behandlung von
Abgasen abhängig von einem Vergleich der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, ta) und/oder LVD(POS, ta+∆t) und/oder LVD(POSFT(ta)) und/oder LVD(POSFT(ta+∆t)) mit den entsprechenden Grenzwerten erfolgt. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Steuereinheit (105) derart ausgeführt ist, dass bei einer Überschreitung eines oder mehrerer Grenzwerte durch eine Komponente KOMP(POS, t) der Luftverschmutzungsdaten LVD(POS, t), zumindest - eine der Verbrennungsantriebseinheit (101) zugeführte Treibstoffmenge reduziert wird, - eine Drehzahl der Verbrennungsantriebseinheit (101) reduziert wird, und - der umweltverträglichere Treibstoff aus erstem Treibstoff und zweiten Treibstoff zu 100% der Verbrennungsantriebseinheit (101) zugeführt wird, - und zumindest einer aus folgenden: - Partikelfilter - NOx-Absorber - NOx-Speicherkatalysator - Oxidationskatalysator für HC - Absorber für CO - Oxidationskatalysator für CO - Absorber für VOC - Oxidationskatalysator für VOC - teilweise oder vollständig aktiviert wird/werden.
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