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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage,
insbesondere eines Partikelfilters eines in einem Fahrzeug angeordneten
Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des unabhängigen
Anspruchs 1.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie
ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem
maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung
des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Ein
solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 005 072 A1 bekannt
geworden. Bei Hubkolbenverbrennungsmotoren, die elektronisch durch
ein Motorsteuergerät gesteuert und geregelt werden, entstehen
bei der Umsetzung der chemisch gebundenen Kraftstoffe Energie in
Form von Wärme und im Wesentlichen Schadstoffe in Form
von Stickoxiden und Partikel.
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Um
Partikel aus dem Abgas herauszufiltern, sind bei derartigen Verbrennungsmotoren
im Abgasstrang Partikelfilter vorgesehen, in dem die emittierten
Partikel eingelagert werden. Bei hohen Abgastemperaturen werden
die gesammelten Partikel abgebrannt und der Dieselpartikelfilter
wieder entleert. Diese sogenannte Regeneration des Partikelfilters
ist nach einer bestimmten Betriebszeit notwendig. Die Regeneration
geschieht jedoch nur bei hoher Last ohne zusätzliche Eingriffe.
Darüber hinaus können in einem größeren
Betriebsbereich Maßnahmen zur Erhöhung der Temperatur,
z. B. eine gezielte Verschlechterung des Motorswirkungsgrads durch
Spätverstellung der Einspritzung, Nacheinspritzung und dergleichen
oder eine Vorerwärmung der Ansauglufttemperatur, eine Regeneration
des Dieselpartikelfilters ermöglichen. Durch solche Maßnahmen
verringern sich jedoch die Vorteile des Dieselmotors gegenüber
dem Ottomotor. Darüber hinaus kann der Fall auftreten,
dass bei zu geringer Last und Drehzahl eine Regenerierung des Dieselpartikelfilters
aufgrund der niedrigen Abgastemperatur nicht möglich ist.
Dieser Bereich stellt ein Problem für die Betriebssicherheit
des Dieselpartikelfilters dar.
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Bei
Abgasnachbehandlungssystemen die einen NOx-Speicherkatalysator umfassen
unterteilt sich der Betrieb des NOx-Speicherkatalysators in NOx-Einlagerungs-Phasen
und in Regenerationsphasen. Aufgrund der begrenzten Speicherkapazität des
NOx-Speicherkatalysators wechseln sich diese Phasen in kurzen Zeitabständen
ab. Beim NOx-Speicherkatalysator ist die Effizienz der NOx-Einlagerung bei
geringen Abgastemperaturen schlecht. Dies führt zu vergleichsweise
hohen NOx-Emissionen. Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators
erfolgt im Fettbetrieb einer Luftzahl Lambda < 1, da für die Reduktion der
eingelagerten NOx-Moleküle unverbrannte Kohlenwasserstoffmoleküle
benötigt werden. Für Erreichung des Fettbetriebs
wird der Motor angedrosselt und die Einspritzung so „verstellt”,
dass bei gleichem Motormoment eine größere Kraftstoffmasse
eingespritzt wird. Diese Maßnahmen haben jedoch einen deutlich
geringen Wirkungsgrad und damit eine Verringerung der Verbrauchsvorteile
gegenüber dem Ottomotor zur Folge.
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Die
DE 10 2005 003 628
A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs
mit einer zuschaltbaren Elektromaschine, wobei die Elektromaschine
mit einem Verbrennungsmotor verbunden werden kann, in dessen Abgasstrang
eine Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist. Die Elektromaschine
wird dabei so betrieben, dass einem von einer Motorsteuerungseinrichtung
geforderten Moment des Verbrennungsmotors ein Zusatzmoment derart
aufgeprägt wird, dass dieses in bestimmten Betriebssituationen,
wie insbesondere bei der Regeneration eines Partikelfilters und/oder
eines NOx-Speicherkatalysators, positive Einflüsse auf Emission
und/oder Wirkungsgrad des Motors hat oder diese zur Regeneration
notwendigen Betriebssituationen erst ermöglicht. Problematisch
bei diesem Verfahren ist, dass es nur bei sogenannten Hybrid-Fahrzeugen
einsetzbar ist, welche über einen Verbrennungsmotor und
eine Elektromaschine verfügen.
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In
vielen Fällen existieren nun Fahrzustände, in
denen eine Regeneration, beispielsweise eines Partikelfilters nicht
möglich ist. Solche Zustände sind beispielsweise
reiner Stadtverkehr, der sogenannte „Paris-Zyklus”,
bei dem mangels Last und Volumenstrom keine Regenerationsbedingungen
erreicht werden. Darüber hinaus sind Zustände
einer Regeneration abträglich, die einer hohen Dynamik
unterliegen, beispielsweise wenn während einer Regeneration
hohe Temperaturen im Partikelfilter freigesetzt werden durch Übergang
in einen Schub- oder Leerlauf-Betrieb. In diesem Falle ist aufgrund
eines erhöhten Sauerstoffanteils eine zu starke Erwärmung des
Partikelfilters nicht möglich.
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Um
die Regenerationsraten zu erhöhen sind des Weiteren Maßnahmen
bekannt, bei welchen elektrische Zusatzlasten, beispielsweise Heckscheibenheizungen,
Klimakompressoren oder Glühkerzen zugeschaltet werden,
die bei gleichbleibender Fahrdynamik eine Erhöhung der
Motorlast erforderlich machen. Diese erhöhte Motorlast
dient in vielen Fällen bereits verbesserten Regenerationsbedingungen.
Allerdings genügt die Erhöhung der Motorlast aufgrund
des Zuschaltens elektrischer Zusatzlasten in vielen Fällen
nicht für eine Regenerierung eines Partikelfilters.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regenerieren
einer Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere eines Partikelfilters
eines in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors zu vermitteln,
welches weitestgehend unabhängig von Fahrzuständen
eine Regenerierung der Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere
des Partikelfilters, ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere
eines Partikelfilters eines in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors
der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
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Grundidee
der Erfindung ist es, während der Durchführung
von Regenerationsvorgängen durch die Steuereinrichtung
initiierte Bremseingriffe bei gleichzeitiger Erhöhung der
Motorlast des Verbrennungsmotors vorzunehmen. Hierdurch ändern
sich die fahrdynamischen Daten des Fahrzeugs nicht, es steigt jedoch
die Motorlast signifikant an bis zu einer Größe,
die eine Regenerierung der Abgasnachbehandlungsanlage insbesondere
eines Partikelfilters ermöglicht. Ein großer Vorteil
dieses Verfahrens gegenüber dem aus dem Stand der Technik
bekannten, bei dem beispielsweise durch Zuschaltung elektrischer
Lasten die Motorlast erhöht wird, liegt darin, dass die
Motorlast durch die Bremseingriffe auf wesentlich höhere
Beträge angehoben werden kann. Die Last kann dabei von
etwa 0,1 kW bis cirka 50% der Fahrzeug-Nennleistung betragen. Eine
solche zusätzliche Last belastet die Bremsanlage nicht
wesentlich, da Bremsanlagen von Fahrzeugen üblicherweise
für eine Leistungsaufnahme ausgelegt sind, die deutlich über
der Motorleistung liegt.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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So
kann beispielsweise vorgesehen sein, die Eingriffe so vorzunehmen,
dass ein von einer Regenerationssteuerung vorgegebenes Wunsch-Bremsmoment
erzeugt wird. Wunsch-Bremsmoment bedeutet hierbei, ein Bremsmoment
welches zu einer Erhöhung der Motorlast führt,
die für eine Regenerierung des beispielsweise Partikelfilters
optimal ist.
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Bevorzugt
erfolgt der Bremseingriff abhängig von einem das Wunsch-Bremsmoment
repräsentierenden Signal einer Motorsteuerung geregelt.
Der Regelkreislauf ist dabei gekoppelt mit entsprechenden Regelkreisen
einer Motorsteuerung, so dass ein gewünschtes Wunsch-Moment
während der zum Bremseingriff simultanen Erhöhung
der Motorlast erfolgt.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass
der Bremseingriff so geregelt wird, dass die Dynamik von Lastzuständen reduziert
wird. Durch die Reduzierung der Dynamik von Lastzuständen
werden Betriebszustände vermieden, die eine Regenerierung
erschweren oder unmöglich machen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist weiterhin vorgesehen,
dass während des Bremseingriffs die Fahrdynamik kennzeichnende
Größen, insbesondere Raddrehzahl- und Gierratensensor-Signale überwacht
werden. Diese Überwachung dient dazu, kritische Fahrzustände
zu erfassen, die während des Regenerationsvorgangs auftreten
könnten.
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Wenn
Raddrehzahl- und Gierratensensor-Signale auftreten, die kritische
Fahrzustände repräsentieren, wird der Bremseingriff
entsprechend angepasst oder aufgehoben. In diesem Falle kann die
Regenerierung unterbrochen werden. Durch diese Maßnahmen
wird sichergestellt, dass keine durch die Bremseingriffe hervorgerufenen
kritischen Fahrzustände während der Regenerierung
auftreten können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild für eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
schematisch eine Steuereinrichtung 100 einer (nicht dargestellten)
Brennkraftmaschine dargestellt. Diese umfasst eine Regenerationssteuerung 110 sowie
eine Bremsensteuerung 115. Bei Verbrennungsmotoren mit
Abgasnachbehandlungsanlagen, insbesondere mit Partikelfiltern, ist
von Zeit zu Zeit eine Regeneration des Partikelfilters erforderlich.
Dies ist der Fall, wenn der Partikelfilter mit einer derart großen
Rußmenge beladen ist, dass eine Rußfilterung nicht
mehr gewährleistet ist. Die Beladung des Partikelfilters
kann durch geeignete Sensoren 111, beispielsweise Differenzdrucksensoren
oder Drucksensoren stromaufwärts des Partikelfilters oder
Sensoren, welche die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases
erfassen, ermittelt werden. Im Falle eines beladenen Partikelfilters
nimmt beispielsweise der Druck stromaufwärts des Partikelfilters
ab, da das Abgas den Partikelfilter schlechter durchströmen
kann.
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Abhängig
von diesen Sensorsignalen 111 wird in der Regenerationssteuerung 110 ein
Signal R für einen Regenerationsvorgang 120 des
Partikelfilters erzeugt. Die Regeneration kann beispielsweise durch
zusätzliches Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume
des Verbrennungsmotors oder durch andere Maßnahmen erfolgen.
Bei der Regeneration wird Wärme freigesetzt. Diese Wärmefreisetzung muss
kontrolliert und gesteuert erfolgen, da es ansonsten zu Temperaturspitzen
im Partikelfilter kommen kann, die die Haltbarkeit und Gesamtfunktion des
Partikelfilters nachteilig beeinträchtigen oder diesen
sogar zerstören können. Aus diesem Grunde muss
nicht nur Sorge dafür getragen werden, dass eine gewisse
Eingangstemperatur des Abgases in dem Partikelfilter für
die Oxidation der Partikel eingestellt wird, die beispielsweise
durch abgastemperaturerhöhende Maßnahmen wie eine
Verschiebung des Einspritzbeginns der Haupteinspritzung nach spät
oder eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung im selben
Arbeitszyklus nach der Haupteinspritzung als sogenannte Nacheinspritzung
erreicht wird. Es muss auch Sorge dafür getragen werden,
dass nach der Einleitung der Regeneration bestimmte Motorbetriebspunkte
im Verlauf der Regeneration nicht mehr angefahren werden, beispielsweise
muss vermieden werden, dass bei der thermischen Regeneration von Dieselpartikelfiltern
ein Übergang in einen Leerlauf- oder Schubbetrieb erfolgt.
Eine solche Fahrdynamikänderung wäre unmittelbar
nach Beginn der Regeneration dem Rußabbrand abträglich
oder bei einem sehr hoch beladenen Filter sogar systemschädlich.
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Es
kommt nun nicht selten vor, dass in kritischen Fahrzuständen
eine Dieselpartikelfilter-Regeneration nicht eingeleitet werden
kann, obwohl der Partikelfilter seine Beladungsgrenze erreicht hat.
Dadurch ist die Gefahr einer Überladung und erhöhter Temperaturen
im Partikelfilter bei der nachfolgenden Regeneration gegeben. Grundidee
der Erfindung ist es nun die Zuverlässigkeit einer Partikelfilterregeneration
durch vom Fahrer unabhängige kontrollierte Bremseingriffe
bei gleichzeitiger Erhöhung der Motorlast derart, dass
die Fahrdynamik (Geschwindigkeit, Beschleunigung) nicht geändert
wird, zu verbessern. Hierzu gibt die Regenerationssteuerung 110 ein Signal
BW an die Bremsensteuerung 115 ab. Die Bremsensteuerung 115 steuert
Bremsen 140 an. Ein solcher von der Steuereinrichtung 100 bzw.
von der Regenerationssteuerung 110 initiierter Bremseingriff würde
zu einer Änderung der Fahrdynamik führen, insbesondere
zu einer Verzögerung, die nicht erwünscht ist,
da vom Fahrer nicht gewollt. Aus diesem Grunde gibt die Regenerationssteuerung 110 ein
Signal E an beispielsweise eine Einspritzsteuerung 150 aus,
durch welche die Einspritzungen in die Brennräume der Brennkraftmaschine
dahingehend verändert werden, dass die durch die Bremsen 140 hervorgerufene
Bremswirkung kompensiert wird. Dies geschieht durch eine Erhöhung
der Motorlast. Durch diese Erhöhung der Motorlast entstehen
für die Regenerationen günstigere Betriebszustände.
Generell kann gesagt werden, dass eine Erhöhung der Motorlast
für einen Regenerationsvorgang, beispielsweise für
den Abbrand des Rußes in einem Dieselpartikelfilter günstig
ist.
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Dabei
kann die auf diese Weise erzeugte Motorlast von etwa 0,1 kW bis
zu 50% der Fahrzeug-Nennleistung betragen. Dies belastet die Bremsanlage
des Fahrzeugs nicht zu stark, da sie üblicherweise für
eine Leistungsaufnahme deutlich über der Motorleistung
ausgelegt ist.
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Bevorzugt
werden die Bremseingriffe geregelt, z. B. durch veränderte
Sollwertvorgabe für das innere Moment der Motorsteuerung 150.
Auch eine momentbil dende Einspritzmenge kann als Führungsgröße
verändert werden. Dies erfolgt durch Regelkreise, die von
der Regenerationssteuerung 110 aufgerufen werden und in 1 schematisch
mit einem Signalpfad E bezeichnet sind.
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Ein
sehr großer Vorteil des vorbeschriebenen Verfahrens wird
bei dynamischen Betriebszuständen realisiert, welche während
einer Partikelfilterregeneration das Sauerstoff-Angebot und die Temperatur
vor dem Filter dynamisch verändern. Das vorstehend beschriebene
Verfahren „vergleichsmäßig” den
Verlauf dieser Größen. Darüber hinaus
werden die kritischen Betriebszustände des Fahrzeugs, nämlich
beispielsweise ein Schubbetrieb oder ein Teilschubbetrieb während
der Regeneration durch den von der Steuereinrichtung 100 gezielt
vorgenommenen Bremseingriff und die dabei simultan stattfindende
Erhöhung der Motorlast vermieden.
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Der
Bremsensteuerung 115 werden Ausgangssignale S von Sensoreinrichtungen 130 zugeführt.
Die 130 steht dabei stellvertretend für eine Mehrzahl
von Sensoren, beispielsweise Raddrehzahlsensoren, Gierratensensoren
und dergleichen. Diese Sensoren überwachen die Fahrzustände
und überwachen insbesondere, ob kritische Fahrzustände
vorliegen. Ist dies der Fall, wird der Bremseingriff entweder angepasst
oder aufgehoben. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass keine
kritischen Fahrzustände entstehen.
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Das
vorbeschriebene Verfahren kann als Computerprogramm beispielsweise
in der Steuereinrichtung 100 implementiert sein und als
solches auf einem Computerprogrammprodukt gespeichert sein. Dies
hat den Vorteil, dass das Programm in bestehende Steuerungen „eingespeist” werden
kann, und so entsprechende Steuergeräte nachgerüstet
werden können. Dies wiederum ermöglicht es auch,
das Verfahren gewissermaßen „nachzurüsten”.
Dies ist ohne Weiteres möglich, weil praktisch alle Fahrzeuge über
eine Bremssteuerung 115 verfügen, die beispielsweise
bei ABS- oder ESP-Systemen zum Einsatz kommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004005072
A1 [0003]
- - DE 102005003628 A1 [0006]