DE102015013284A1

DE102015013284A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015013284A1
Application number: DE102015013284.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Balthes Ortwin; Thomas Beckmann; Dr. Keppeler Berthold; Siegfried Müller; Thorsten Woog
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, bei welchem mittels wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Abgasanlage (10) des Fahrzeugs das Abgas eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs behandelt wird. Hierbei wird ein Vorliegen einer örtlich und/oder zeitlich begrenzten Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs festgestellt, deren Einhaltung mit einem aktuellen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage (10) nicht möglich ist. Dann wird in einen geänderten Betriebsmodus umgeschaltet, in welchem eine Einhaltung der aktuell geltenden Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs erreichbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, bei welchem mittels wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Abgasanlage des Fahrzeugs das Abgas eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs behandelt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
Fahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb, müssen gesetzlich vorgeschriebene Emissionsanforderungen erfüllen. Diese Emissionsziele sind momentan für bestimmte Regionen spezifisch (etwa für die EU, für die USA oder für Japan) und werden momentan anhand von definierten Fahrzyklen auf einer Fahrzeugrolle beziehungsweise an einem Motorprüfstand dargestellt und überprüft. Zukünftige Planungen sehen eine zusätzliche Überprüfung der Realemissionen mittels einer sogenannten PEMS-Messtechnik (PEMS = Portable Emission Measurement System, portables Emissions-Messsystem) vor.
Aktuelle Fahrzeugabstimmungen streben einen optimalen Kompromiss zwischen einer Erfüllung der gesetzlichen Emissionsanforderungen und einem minimalen Kraftstoffverbrauch an.
Aufgrund lokaler Immissionsprobleme in Ballungsräumen (vor allem durch hohes Verkehrsaufkommen) werden zunehmend schärfere Emissionsbeschränkungen beziehungsweise Einfahrverbote für die betroffenen Gebiete diskutiert. Auch zeitlich abhängige Verkehrsphänomene (beispielsweise Verkehrsstaus) können zu einer starken Zunahme der lokalen Emissionsbelastung führen. Spezielle ortsabhängige Rahmenbedingungen (wie etwa Tunnels, Unterführungen oder Parkhäuser) können diese Situation zusätzlich verschärfen. Des Weiteren können auch spezifische Wetterphänomene (beispielsweise stabile Hochdruck-Wetterlagen) die Sensitivität gegenüber Abgasemissionen verstärken. So kann es aufgrund von Stickoxidemissionen zu einer verstärkten Ozonbildung kommen, und es kann aufgrund von Partikelemissionen zur Entstehung von Smog kommen.
Die abgasrelevanten Emissionen, welche bei diesen Betrachtungen im Fokus stehen, sind vor allem Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), Partikel und Kohlenwasserstoffe (HC). Verbrennungsmotorische Antriebe von Fahrzeugen verursachen anlagenbedingt im Betrieb Abgasemissionen wie beispielsweise Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), Partikel und Kohlenwasserstoffe (HC), welche durch nachgelagerte Abgasreinigungsstufen oder Abgasnachbehandlungseinrichtungen einer Abgasanlage des jeweiligen Fahrzeugs in unschädliche oder weniger schädliche Verbindungen, beispielsweise in Wasser, CO₂ oder Stickstoff, umgewandelt werden.
Dabei ist die optimale Wirkungsweise der Abgasreinigungssysteme von verschiedenen Rahmenparametern wie beispielsweise den Rohemissionen des Verbrennungsmotors, der Abgastemperatur, der Raumgeschwindigkeit und dergleichen abhängig. Vor allem die Parameter Rohemissionsmenge und Abgastemperatur haben einen dominanten Einfluss auf die Emissionen der Abgasanlage.
Gängige katalytisch arbeitende Abgasreinigungseinheiten oder Abgasnachbehandlungseinrichtungen besitzen eine alterungsabhängige Mindesttemperatur, bei welcher eine den Gehalt an Schadstoffen im Abgas verringernde Reaktion einsetzen kann beziehungsweise in einem bestimmtem Mindestumfang abläuft. Diese Mindesttemperatur wird auch als Light-off-Temperatur, Anspringtemperatur oder LO-Temperatur bezeichnet. Mit fortschreitender Katalysatoralterung verschiebt sich die entsprechende Temperaturschwelle zu höheren Temperaturen.
Die DE 196 29 163 C1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem bei kaltem Abgaskatalysator ein Betrieb eines Verbrennungsmotors eingestellt wird, bei welchem eine späte Einspritzung stattfindet. Sobald eine Temperatur des Abgaskatalysators einen Wert innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereichs für eine wirksame katalytische Stickoxidreduktion erreicht hat, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors auf eine verbrauchsgünstigere frühe Einspritzung umgestellt.
Des Weiteren beschreibt die WO 99/50549 A2 ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektronischen Motorsteuerung sowie einer Steuereinrichtung für eine Reinigungsvorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases. Hierbei soll durch eine bidirektionale Signalübertragung zwischen der Motorsteuerung und der Steuereinrichtung dafür gesorgt werden, dass zugleich Schadstoffgrenzwerte eingehalten werden und ein möglichst geringer Kraftstoffverbrauch erreicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein entsprechendes Fahrzeug zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst festgestellt, ob eine örtlich und/oder zeitlich begrenzte besondere Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs vorliegt, deren Einhaltung mit einem aktuellen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage nicht möglich ist, wie beispielsweise eine lokale Umweltzone. Ist dies der Fall, wird in einen geänderten Betriebsmodus umgeschaltet, in welchem eine Einhaltung der aktuell geltenden besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs erreichbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, bei einer Fahrt durch Gebiete mit unterschiedlichen besonderen Emissionsanforderungen, also etwa beim Fahren in lokale Umweltzonen, lokal oder zeitlich begrenzte Emissionsgrenzwerte sicher einzuhalten. Somit ist ein verbessertes Verfahren geschaffen. Unter einer besonderen Anforderung an die Emissionen eines Fahrzeugs sollen im Rahmen der Erfindung eine örtlich und/oder zeitlich begrenzte Anforderung an die Emissionen eines Fahrzeugs, insbesondere an die Abgasemissionen oder an die Schallemissionen eines Fahrzeugs, verstanden werden, die über die in gesetzlichen Emissionsvorschriften, wie beispielsweise der Abgasnorm Euro-6, festgelegten Anforderungen hinausgehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden zum Feststellen des Vorliegens der örtlich und/oder zeitlich begrenzten besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs, externe Informationsquellen genutzt. Externe Informationsquellen im Rahmen der Erfindung können sein:

– eine Hinweistafel,
– ein Wechselverkehrszeichen,
– ein elektronisches Schrankensystem,
– Radiomeldungen,
– GPS-Daten,
– Durchsagen, die von einem eine von einem Nutzer des Fahrzeugs erfassbar sind und insbesondere in einem Tunnel ausgegeben werden,
– über das Internet erhältliche Informationen und
– ein Car-to-Car-Communication-System zur Erfassung der Verkehrsdichte und/oder Infrastruktur.

Auch ein im Fahrzeug vorhandenes optisches oder Ultraschall/Radar-System zur Erfassung der Bebauungsdichte oder zur Erfassung parkender Fahrzeuge, beispielsweise durch eine Kamera oder Einparkhilfen und/oder ein Messgerät zur Messung der umgebenden Luftqualität und/oder wenigstens eine Umweltgröße, wie insbesondere eines Umgebungsluftdrucks und/oder einer Umgebungstemperatur und/oder des Niederschlags kann im Rahmen der Erfindung für eine Feststellung oder zumindest eine Beurteilung der Wahrscheinlichkeit eines Vorliegens einer örtlich und/oder zeitlich begrenzten besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs eingesetzt werden.
Auch kann anhand von Fahrprofilen festgestellt werden, dass mit erhöhten Emissionen einhergehende Verkehrssituationen wie beispielsweise Staus vorliegen. Auch hier kann mit einem Verschärfen von Emissionsanforderungen gerechnet werden, sodass diesen durch rechtzeitiges Umschalten in den geänderten Betriebsmodus Rechnung getragen werden kann.
Das Umschalten in den geänderten Betriebsmodus kann automatisch, also mittels einer Steuerungseinrichtung des Fahrzeugs, vorgenommen werden oder manuell, also von einem Nutzer des Fahrzeugs. Beispielsweise kann durch manuelles Aktivieren des speziellen oder geänderten Betriebsmodus eine erhöhte, insbesondere eine im Wesentlichen vollständige Konversion von umweltschädlichen Abgasemissionen wie NOX, CO, HC oder Partikeln sichergestellt werden. Insbesondere kann durch das Umschalten in den geänderten Betriebsmodus ein Ausstoßen von Stickoxiden verringert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann durch Umschalten in den geänderten Betriebsmodus ein Ausstoß von Stickoxiden verringert werden, indem

– eine Abgastemperatur, insbesondere durch Wählen eines bestimmten Gangs eines Getriebes des Fahrzeugs und/oder durch Verändern eines Ladedrucks und/oder durch Verändern einer Abgasrückführungsrate, verändert wird und/oder
– eine Beaufschlagung eines Stickoxidspeicherkatalysators des Fahrzeugs mit einem fetten Gemisch verändert und/oder
– ein Einbringen eines Reduktionsmittels zum Reduzieren von Stickoxiden in das einem SCR-Katalysator des Fahrzeugs zugeführte Abgas verändert

Des Weiteren können Schallemissionen des Fahrzeugs verändert und insbesondere verringert werden. Dies kann beispielsweise durch Verändern wenigstens eines Parameters der im Verbrennungsmotor stattfindenden Verbrennung und/oder durch Betreiben eines aktiven Soundsystems geschehen.
Bevorzugt wird das Vorliegen des geänderten Betriebsmodus signalisiert, wobei insbesondere an einer Fahrzeugaußenseite ein optisches Signal ausgegeben werden kann, etwa in Form einer aufleuchtenden Lampe. Zusätzlich oder alternativ kann das Vorliegen des geänderten Betriebsmodus durch ein Ausgeben eines nicht sichtbaren Signals kommuniziert werden, welches beispielsweise mittels einer Messeinrichtung erfassbar ist. Bei dem Signal kann es sich insbesondere um ein Funksignal handeln. Des Weiteren ist vorstellbar, dass von dem Fahrzeug gegenüber dem vorhergehenden Betriebsmodus veränderte, insbesondere verringerte, Schallemissionen abgegeben werden, um das Vorliegen des geänderten Betriebsmodus zu signalisieren.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden in dem geänderten Betriebsmodus eine alterungsabhängige, zu erreichende Zieltemperatur der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder zulässige Rohemissionen des Verbrennungsmotors festgelegt. Vorteilhaft kann so besonders gut der Alterungszustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung beim Einstellen des geänderten Betriebsmodus berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Betriebsmodus erneut umgeschaltet, sobald festgestellt wird, dass die örtlich und/oder zeitlich begrenzte besondere Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs nicht mehr gültig ist. Hierbei kann insbesondere ein gegenüber dem geänderten Betriebsmodus einen geringeren Kraftstoffverbrauch mit sich bringender Betriebsmodus eingestellt werden. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Hinblick auf die Abgasemissionen günstigere Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und der Abgasanlage mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch einhergehen können. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn durch Einbringen von unverbranntem Kraftstoff in die Abgasanlage deren Temperatur lokal erhöht wird, um eine höhere Konversionsleistung zumindest einer der Abgasnachbehandlungseinrichtungen zu erreichen. Wenn bei dem erneuten Umschalten des Betriebsmodus die schärferen Emissionsanforderungen nicht mehr vorliegen, kann somit ein besonders geringer Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist eine Abgasanlage mit wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung auf. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und eine Steuerungseinrichtung zum Einstellen eines Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage. Des Weiteren weist das Fahrzeug Mittel zum Feststellen eines Vorliegens einer örtlich und/oder zeitlich begrenzten besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs auf, deren Einhaltung mit dem aktuellen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage nicht möglich ist. Es sind Mittel zum Umschalten in einen geänderten Betriebsmodus vorgesehen, in welchem eine Einhaltung der aktuell geltenden besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs erreichbar ist, beispielsweise ein Dreh- oder Drückschalter oder eine in einer Bedieneinrichtung vorgesehene Auswahlmöglichkeit.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebene Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisch die Abhängigkeit der Konversion von Kohlenmonoxid von der Temperatur und von der Alterung eines Katalysators;
2 schematisch eine Abgasanlage eines Fahrzeugs, welche Abgasnachbehandlungseinrichtungen zum Behandeln von Abgas eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs aufweist; und
3 schematisch die Temperaturabhängigkeit der Stickoxidkonversion eines SCR-Katalysators sowie den Einfluss der Alterung auf den SCR-Katalysator.
Wie in 1 beispielhaft dargestellt, zeigt der Wirkungsgrad der Kohlenmonoxid-Konversion eines Oxidationskatalysators 12, welcher in einer Abgasanlage 10 eines Fahrzeugs angeordnet ist (vergleiche 2), eine starke Temperaturabhängigkeit, welche sich aufgrund der Katalysatoralterung zu höheren Temperaturen verschiebt.
In einem in 1 gezeigten Graphen 14 ist auf einer Abszisse 18 die Temperatur T bei der Kohlenmonoxid-Konversion aufgetragen und auf einer Ordinate 16 der Wirkungsgrad η bei der Kohlenmonoxid-Konversion. Eine erste Kurve 20 veranschaulicht die Konversion für einen frischen Oxidationskatalysator 12. Eine weitere, im Wesentlichen parallel nach rechts verschobene Kurve 22 veranschaulicht die Kohlenmonoxid-Konversion für den gealterten Oxidationskatalysator 12. Die Lightoff-Temperatur für den nicht-gealterten Oxidationskatalysator 12 ist in 1 durch eine Linie 24 angegeben und die Lightoff-Temperatur für den gealterten Oxidationskatalysator 12 durch eine weitere Linie 26.
Entsprechend ist aus 1 ist erkennbar, dass eine Erhöhung der Temperatur in einem Bereich, in welchem der Oxidationskatalysators 12 seine Lightoff-Temperatur aufweist, zu einer Umsatzsteigerung und damit zu einer Verminderung der Abgasemission führt. Generell können die Abgasemissionen der Abgasanlage 10 auch über eine Reduktion des Rohemissionsniveaus abgesenkt werden.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, bei welchem örtlich und/oder zeitlich begrenzte Anforderungen an die Emissionen des Fahrzeugs berücksichtigt werden, soll beispielhaft anhand der in 2 dargestellten Abgasanlage 10 für einen Personenkraftwagen mit einem als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor beschrieben werden.
Die beispielhaft in 2 gezeigte Abgasanlage 10 umfasst an Abgasnachbehandlungseinrichtungen einen elektrisch beheizbaren Katalysator (EHC) 28, den Oxidationskatalysator 12 oder Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), eine Dosiereinrichtung 30 zum Einbringen eines unter dem Markennamen Adblue erhältlichen Reduktionsmittels in das Abgas, einen Partikelfilter 32 und einen dem Partikelfilter 32 mit nachgeschalteten SCR-Katalysator 34. Der Partikelfilter 32 weist bevorzugt eine Beschichtung auf, an welcher in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion (SCR = selective catalytic reduction) Stickoxide aus dem Abgas mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser umgesetzt werden, und ist daher bevorzugt als SCR-beschichteter Partikelfilter 32 (SDPF) ausgebildet. Andere nicht dargestellte Optionen, wie etwa ein Ammoniak-Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators 34, sind ebenso denkbar.
Die Konvertierungsleistung in Bezug auf Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid am Oxidationskatalysator 12 ist hauptsächlich von der Abgastemperatur stromaufwärts des Oxidationskatalysators 12 abhängig (vergleiche 1). Ein frischer Oxidationskatalysator 12 zeigt in der Regel eine vollständige Konversionsleistung ab einer Temperatur von etwa 200°C. Bei gealterten Systemen verschiebt sich diese Mindesttemperatur oder Lightoff-Temperatur auf ein Niveau von etwa 250°C. Temperaturen über 600°C führen zu einer verstärkten Alterung des Oxidationskatalysators 12 und sollten, wenn möglich, zeitlich begrenzt werden.
Die Konversionsleistung in Bezug auf Stickoxide (NOx) des SDPF/SCR-Systems, also am beschichteten Partikelfilter 32 und im SCR-Katalysator 34, hängt vor allem von der NOx-Rohemission, der Adblue-Dosiermenge und im Besonderen von der Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters 32 ab. Für ungealterte Katalysatorsysteme sind hier Temperaturen zwischen 220°C–500°C für einen Vollumsatz günstig (optimal sind 250°C–400°C). Ein thermisch gealtertes System zeigt ein eingeschränktes optimales Wirkungsfenster zwischen 250°C–450°C (bevorzugt zwischen 250°C–400°C).
3 zeigt beispielhaft die NOx-Konversion von frischen und gealterten SCR-Systemen in Abhängigkeit von der Temperatur. In einem weiteren, in 3 gezeigten Graphen 36 ist entsprechend auf einer Abszisse 38 wiederum die Temperatur T in Grad Celsius aufgetragen, jedoch auf einer Ordinate 40 der Stickoxid-Umsatz in Prozent. Eine erste Kurve 42 veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der Stickoxidkonversion für einen frischen SCR-Katalysator 34 und eine zweite Kurve 44 dieselbe für einen gealterten SCR-Katalysator 34. Entsprechend der Kurve 44 ist das Temperaturfenster schmaler, in welchem der gealterte SCR-Katalysator 34 beziehungsweise das den beschichteten Partikelfilter 32 und den SCR-Katalysator 34 umfassende SCR-System eine gute Konversion des Stickoxids zeigt.
Zusätzlich kann, um einen optimalen NOx-Umsatz zu garantieren, die dosierte Adblue-Menge ausreichend hoch gewählt werden. Es kann also mindestens die Menge für einen stöchiometrischen NOx-Umsatz über die Dosiereinrichtung 30 in die Abgasanlage 10 eingebracht werden. Bevorzugt kann aber ein Faktor von 1,5 auf die für den stöchiometrischen NOx-Umsatz notwendige Menge angewendet und entsprechend mehr Adblue zudosiert werden.
Die motorischen Emissionen werden vor allem bei einem Dieselmotor durch das Verbrennungs-Lambda, die AGR-Rate (Abgasrückführungsrate), den Aufladegrad, den Verbrennungsschwerpunkt und den Druck in der Common Rail definiert, aus welcher der Kraftstoff in die Zylinder des Dieselmotors eingebracht wird. Durch eine Abänderung dieser Parameter lassen sich also die Rohemissionsmengen beeinflussen. Durch eine Hybridisierung (also eine elektrische Unterstützung des Fahrbetriebs des Fahrzeugs) lässt sich zusätzlich das Rohemissionsniveau vor allem bei Lastwechseln verändern. Des Weiteren lässt sich durch variierte Getriebeeinstellungen (also eine sogenannte „Schaltlinienverschiebung”) der Dieselmotor in anderen Lastzuständen mit jeweils unterschiedlichem Rohemissionsniveau betreiben.
Wie im einleitenden Teil der vorliegenden Beschreibung erläutert, sind gängige Fahrzeugabstimmungen oft so gewählt, dass die gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte der jeweiligen Region (etwa der EU) eingehalten werden. Wird solch ein Fahrzeug jedoch in Gebieten mit unterschiedlichen Emissionsanforderungen (etwa in lokale Umweltzonen) bewegt, können sich Situationen ergeben, dass lokale und/oder zeitlich begrenzte Emissionsgrenzwerte nicht sicher eingehalten werden.
Beispielsweise ist es möglich, dass ein zur Einhaltung bestimmter Emissionsgrenzwerte vorgesehener Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage nicht dazu geeignet ist, strengere Emissionsgrenzwerte einzuhalten, wie sie beispielsweise zeitlich oder lokal begrenzt in einer bestimmten Region gelten können.
In speziellen Verkehrssituationen, etwa bei dichtem Verkehr oder Stau, können die Abgastemperaturen zudem unter die in 2 und 3 für den Oxidationskatalysator 12 beziehungsweise das SDPF/SCR-System (welches den beschichteten Partikelfilter 32 und den SCR-Katalysator 34 umfasst) gezeigten, kritischen Grenztemperaturen absinken. Eine ausreichende Konversionsleistung des Abgasnachbehandlungssystems ist dann nicht mehr darstellbar.
Durch eine besonders emissionsgünstige Betriebsweise der Abgasanlage 10 (etwa durch einen zu höheren Abgastemperaturen führenden Betriebsmodus) können andererseits die Emissionen unter Umständen auch auf Werte unterhalb der aktuellen Grenzwerte abgesenkt werden. Dies ist zwar im Allgemeinen mit einem Mehrverbrauch an Kraftstoff verbunden. Diese Betriebsweise kann aber dazu führen, dass der Fahrzeughalter in den Genuss von besonderen Vergünstigungen oder Benefits kommen kann, wie etwa der Nutzung von Busspuren. Im entgegengesetzten Fall kann diese Betriebsweise zur Vermeidung von Fahrverboten für besondere Fahrzeugklassen wie etwa für Dieselfahrzeuge führen.
Ein entsprechendes Verfahren oder eine solche Funktion kann auch nachträglich in die Fahrzeuge einer bestehenden Fahrzeugflotte eingebracht oder implementiert werden, etwa um Fahrverbote für ältere Fahrzeugbestände zu vermeiden. Dies kann etwa durch eine Neuprogrammierung eines Steuergeräts oder einer solchen Steuerungseinrichtung des jeweiligen Fahrzeugs geschehen.
In diesen speziellen Situationen kann durch an sich bekannte motorische Maßnahmen, wie etwa eine Spätverschiebung der Verbrennungslage, späte Nacheinspritzungen, eine Lambda-Absenkung und dergleichen, die Abgastemperatur alterungsabhängig derart angehoben werden, dass daraus eine optimale beziehungsweise ausreichend verbesserte Reinigungsleistung der Abgasnachbehandlungskomponenten oder Abgasnachbehandlungseinrichtungen resultiert.
Alternativ oder zusätzlich kann durch elektrische Bestromung des elektrisch beheizbaren Katalysators 28 die Temperatur am Oxidationskatalysator 12 angehoben werden. Des Weiteren kann der Rohemissionsausstoß abgesenkt werden (etwa durch eine Erhöhung der AGR-Rate, was zu einer Reduktion der Rohemissionen an NOx führt).
Des Weiteren kann eine Absenkung der Emissionen auch eine Reduzierung oder Veränderung des Fahrzeuggeräuschs umfassen, also der Schallemissionen des Fahrzeugs. Dies kann etwa mittels eines veränderten Motorbetriebs oder durch ein aktives Sound-System erfolgen.
Zumindest einige dieser Maßnahmen sind typischerweise mit einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs verbunden. Sie erzielen aber eine nahezu vollständige oder zumindest eine höhere Konversion der umweltschädlichen Abgasemissionen wie etwa NOx (NO2), CO, HC und dergleichen.
Es kann daher vorgesehen sein, dass beim Erkennen einer speziellen Emissionsanforderung das Fahrzeug in einen geänderten Betriebszustand oder Betriebsmodus wechseln kann, welcher eine nahezu vollständige Emissions-Konversion sicherstellt. Hierfür kann sogar ein Mehrverbrauch an Kraftstoff in Kauf genommen werden.
Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass beim Erkennen einer aktuell geltenden beziehungsweise veränderten Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs, deren Einhaltung mit dem aktuellen Betriebsmodus nicht möglich ist, eine Umschaltung in einen geänderten Betriebsmodus vorgenommen wird, welcher die Einhaltung der aktuell geltenden beziehungsweise veränderten Emissionsanforderung ermöglicht.
Das Umschalten kann dabei automatisch und oder durch Betätigung eines Schalters (etwa einer „Zero-Emission-Taste”) ausgelöst werden. Auslösekriterien können dabei Hinweistafeln, elektronische Schrankensysteme, Radiomeldungen, GPS-Daten, Durchsagen in Tunnels, Internet-Informationen und dergleichen sein. Bei einer Erfassung mittels elektronischer Schrankensysteme sind entsprechende Empfangssysteme in dem Fahrzeug vorhanden. Des Weiteren können Fahrprofile und Umweltgrößen wie etwa der Umgebungsluftdruck oder die Umgebungstemperatur, der Niederschlag und dergleichen berücksichtigt werden.
Bekommt also eine Steuerungseinrichtung des Fahrzeugs und/oder der Fahrer oder ein sonstiger Nutzer des Fahrzeugs den Hinweis, dass besondere Emissionsanforderungen gelten, so kann wenn notwendig manuell und/oder automatisch auf einen Betriebsmodus umgestellt werden, der eine möglichst vollständige Emissions-Reduktion ermöglicht. Bevorzugt ist zumindest eine Einhaltung der besonderen Emissionsanforderung zumindest für den Zeitraum ihrer Gültigkeit für das Fahrzeug durch das Umschalten in den geänderten Betriebsmodus erreichbar.
Hierbei wird vorzugsweise der Alterungszustand der maßgeblichen Abgasreinigungskomponenten oder Abgasnachbehandlungseinrichtungen, insbesondere mittels gängiger OBD-Diagnosen (OBD = On-Board-Diagnose) ermittelt, insbesondere in Kombination mit Modellen. In Abhängigkeit vom Alterungszustand der Abgasnachbehandlungseinrichtungen werden dann insbesondere die für die Einhaltung der besonderen Emissionsanforderungen bevorzugten oben beschriebenen Mindesttemperaturen etwa mit Hilfe einer veränderten motorischen Abstimmung eingestellt. Zusätzlich oder alternativ kann die Temperatur des Oxidationskatalysators 12 durch eine Aktivierung des elektrisch beheizbaren Katalysators 28 angehoben werden.
Gleichzeitig ist es günstig, den motorischen Rohemissionsausstoß abzusenken. Dies wird beispielsweise durch einen späteren Verbrennungsschwerpunkt dargestellt, der zu einer Absenkung von NOx-Emissionen und von Partikelemissionen führt. Weiterhin kann durch eine reduzierte Dynamik bei positiven Lastwechseln das instationäre Emissionsverhalten verbessert werden. Dies kann zusätzlich durch eine elektrische Unterstützung (also durch einen zeitweise vorgenommenen elektromotorischen Fahrbetrieb) positiv beeinflusst werden.
Wird erkannt, dass die besonderen Emissionsanforderungen nicht mehr gültig sind, sondern stattdessen neue, weniger stringente oder restriktive Emissionsanforderungen vorliegen, so wird vorzugsweise der Betriebsmodus wieder zurückgeschaltet. Bevorzugt wird ein insbesondere in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch günstigerer Betriebsmodus eingestellt, mittels welchem die neuen Emissionsanforderungen erfüllt werden können.
Des Weiteren kann eine automatische und/oder manuelle Aktivierung, etwa über eine „Zero-Emission-Taste”, eines speziellen Betriebszustandes oder Betriebsmodus vorgesehen sein, welcher eine möglichst vollständige Konversion der umweltschädlichen Abgasemissionen, vor allem von NOx, CO, HC und Partikeln sicherstellt.
Durch ein automatische und/oder manuelles Aktivieren (etwa über die „Zero-Emission-Taste”) des geänderten Betriebszustands oder Betriebsmodus kann auch eingestellt werden, dass insbesondere der Ausstoß von NO₂ reduziert wird. Dies kann beispielsweise durch die im Folgenden beschriebenen Maßnahmen erreicht werden. So kann eine bestimmte Abgastemperatur eingestellt werden (etwa durch eine entsprechende Gangwahl, das Vorgeben eines bestimmten Ladedrucks, einer bestimmten AGR-Rate und dergleichen). Zusätzlich oder alternativ kann die Strategie eines Anfettens des Gemischs geändert werden, welches einem Stickoxidspeicherkatalysator des Fahrzeugs zugeführt wird. Des Weiteren kann durch eine Veränderung der AdBlue-Dosierstrategie die Abgastemperatur eingestellt werden, also durch ein Verändern des Einbringens eines Reduktionsmittels zum Reduzieren von Stickoxiden in das dem SCR-Katalysator 34 und/oder dem beschichteten Partikelfilter 32 des Fahrzeugs zugeführte Abgas.
Auch kann eine Absenkung oder Veränderung der Schallemissionen des Fahrzeugs vorgenommen werden, wenn eine besondere Anforderung hierfür erkannt wird. Dies kann etwa durch Veränderung der Verbrennung erfolgen oder durch ein aktives Sound-System.
Ein Anzeigen des aktuellen Betriebszustands des Fahrzeugs kann an der Fahrzeugaußenseite mittels eines optischen Signals, wie etwa einer Lampe erfolgen oder durch ein nicht sichtbares Signal (etwa durch Aussenden einer Funkkennung). Ein solches Signal oder Funksignal können die entsprechenden Behörden kontrollieren, oder es kann (ähnlich einer Geschwindigkeitsmessung) automatisiert an Messstellen überprüft werden.
Der Betriebszustand oder Betriebsmodus des Fahrzeugs kann der Umgebung auch durch eine veränderte Akustik signalisiert werden. Dies kann etwa durch besonders geringe Schallemissionen des Fahrzeugs geschehen.
Des Weiteren ist eine alterungsabhängige Definition der zu erreichenden Zieltemperaturen der Abgasanlage 10 und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtungen und von maximal zulässigen Rohemissionen des Dieselmotors in dem geänderten Betriebszustand oder Betriebsmodus möglich.
Durch das vorliegend beschriebene Verfahren ist insbesondere eine ortsabhängige Zielemissionseinstellung erreichbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19629163 C1 [0008]
WO 99/50549 A2 [0009]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, bei welchem mittels wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Abgasanlage (10) des Fahrzeugs das Abgas eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorliegen einer örtlich und/oder zeitlich begrenzten besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs festgestellt wird, deren Einhaltung mit einem aktuellen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage (10) nicht möglich ist, wobei in einen geänderten Betriebsmodus umgeschaltet wird, in welchem eine Einhaltung der aktuell geltenden besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs erreichbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Feststellen des Vorliegens der örtlich und/oder zeitlich begrenzten besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs externe Informationsquellen genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Steuerungseinrichtung und/oder von einem Nutzer des Fahrzeugs in den geänderten Betriebsmodus umgeschaltet wird, in welchem eine gegenüber dem vorhergehenden Betriebsmodus erhöhte Konversion zumindest eines Abgasbestandteils erreichbar ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Umschalten in den geänderten Betriebsmodus ein Ausstoß von Stickoxiden verringert wird, indem eine Abgastemperatur, durch Verändern eines Ladedrucks und/oder durch Verändern einer Abgasrückführungsrate des Verbrennungsmotors verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schallemissionen des Fahrzeugs, insbesondere durch Verändern wenigstens eines Parameters der im Verbrennungsmotor stattfindenden Verbrennung und/oder durch Betreiben eines aktiven Sound-Systems, verändert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen des geänderten Betriebsmodus signalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Signalisieren des Vorliegens des geänderten Betriebsmodus ein von einer Messeinrichtung erfassbares Signal ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem geänderten Betriebsmodus eine alterungsabhängige zu erreichende Zieltemperatur der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder zulässige Rohemissionen des Verbrennungsmotors festgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsmodus erneut umgeschaltet wird, wenn festgestellt wird, dass die örtlich und/oder zeitlich begrenzte Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs nicht mehr gültig sind.
Fahrzeug mit einer wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung umfassenden Abgasanlage (10), mit einem Verbrennungsmotor und mit einer Steuerungseinrichtung zum Einstellen eines Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Mittel zum Feststellen eines Vorliegens einer örtlich und/oder zeitlich begrenzten besonderen Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs aufweist, deren Einhaltung mit einem aktuellen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage (10) nicht möglich ist, und mit Mitteln zum Umschalten in einen geänderten Betriebsmodus, in welchem eine Einhaltung der aktuell geltenden Anforderung an die Emissionen des Fahrzeugs erreichbar ist.