DE102017002107A1

DE102017002107A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Senkung der Schadstoffbelastung durch Kfz in Gebieten hoher Schadstoffbelastung

Info

Publication number: DE102017002107A1
Application number: DE102017002107.4A
Authority: DE
Inventors: Johann Himmelsbach
Original assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Current assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Zur Verbesserung der Luftqualität in immissionskritischen Zonen von Ballungsräumen wird eine auf die Reduktion mindestens einer Schadstoffemissionskomponente, insbesondere NOund/oder Feinstaub, ausgerichtete Sonderbetriebsart eines Kfz verwendet, welche vom Normalbetrieb der Zertifizierung des Kfz abweicht und insbesondere nachrüstbar ist.Eine örtliche und/oder zeitliche Begrenzung der Anwendung dieser Sonderbetriebsart auf eine letztlich begrenzte Anzahl von Fahrten stellt sicher, dass bisher einer solchen Betriebsart z.B. aus Gründen des Bauteilschutzes und/oder der Kundenakzeptanz und/oder des Kraftstoffverbrauchs entgegenstehende Bedenken ausräumbar sind.Die Logik der Anwendung und Nichtanwendung dieser Sonderbetriebsart und Maßnahmen zum Nachweis der bestimmungsgemäßen Anwendung als „temporär emissionsmindernde Maßnahme“ gegenüber Dritten wie der Polizei oder dem Ordnungsamt stellen dabei insbesondere sicher, dass die Sonderbetriebsart auch für den Gesetzgeber und die Einhaltung der Immissionsvorschriften zuständigen Behörden attraktiv ist.Insbesondere wird ein Mobiltelefon als preiswertes Kommunikations- bzw. Nachweismittel der gesetzeskonformen Anwendung vorgeschlagen.Die Erfindung geht insbesondere davon aus, dass es im Lichte einiger Varianten der Erfindung relativ zeitnah zu einer zur Erfindung passenden Ergänzung/Änderung von Gesetzesvorschriften kommen wird.Es werden insbesondere auch Varianten der Erfindung vorgestellt, die ohne Anpassung von Gesetzesvorschriften auskommen. So wird beispielsweise vorgesehen, im Lichte eines drohenden Fahrverbots die in einem vorbestimmten Zielgebiet vom Fahrer maximal einstellbare Fahrzeugbeschleunigung stark zu begrenzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Senkung der Schadstoffbelastung der Umwelt durch den Betrieb von Kfz durch gesundheitsschädliche Abgase und/oder Feinstaub.
Sie betrifft insbesondere gesundheitsschädliche Schadstoffe einschließlich Rußpartikel/Feinstaub, wie sie aus dem Abgasstrang von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor entweichen können und/oder wie sie auf anderem Wege durch den Fahrbetrieb verursacht werden können, insbesondere durch die Aufwirbelung von Feinstaub vom Straßenbelag.
Es ist bekannt, dass es bei der Luft in Ballungsräumen derzeit Probleme mit der Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften bezügliche der Immission von gesundheitsgefährdenden Schadstoffen, insbesondere von NO₂ und Feinstaub, gibt und sogar Fahrverbote im Raum stehen.
Es ist ebenfalls bekannt, die Abgase von Kraftfahrzeugen mit einer Abgasnachbehandlungsanlage von gesundheitsgefährdenden Schadstoffen zu reinigen.
Weit verbreitete Beispiele sind zum einen motorexterne Reinigungsmaßnahmen wie der Dreiwegekatalysator mit stöchiometrischem Betrieb (Lambda1-Betrieb) des Kraftstoff-Luftgemisches bei Fahrzeugen mit Ottomotor, der Oxidationskatalysator und der Dieselpartikelfilter bei Fahrzeugen mit Dieselmotor, NOx-Speicherkatalysatoren bei Fahrzeugen mit Otto- und Dieselmotoren und SCR-Katalysatoren mit Harnstoffeinspritzung („Adblue“-Einspritzung) zur Reinigung des Abgases von NOx bei Dieselfahrzeugen.
Zum anderen sind auch motorseitige Reinigungsmaßnahmen zur Absenkung der motorintern gebildeten Schadstoffe (der sogenannten „Rohemissionen“ vor dem Katalysator) weit verbreitet im Einsatz, wie z.B. eine interne Abgasrückführung oder eine gekühlte oder ungekühlte externe Abgasrückführung.
Die Fahrzeugzulassung erforderte in der Vergangenheit die Erfüllung bestimmter Abgasnormen (z.B. die Einhaltung oberer Grenzwerte der Emission bestimmter Abgase pro gefahrener Fahrstrecke bei bestimmten/genormten Fahrbedingungen wie dem sogenannten NEDC-, FTP- oder inzwischen auch dem WLTC), die über mehrere Stufen verschärft wurden und inzwischen zur Verfügbarkeit von Neufahrzeugen geführt hat, die - bei Verwendung von Partikelfiltern und modernster NOx-Abgasnachbehandlung - nur noch vergleichsweise wenig gesundheitsschädliche Abgase wie NOx, CO oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe (insbesondere HC bzw. Rußpartikel/Feinstaub) emittieren.
So gilt derzeit in Europa u.a. die Abgasnorm „EURO6“, die ganz besonders geringe Schadstoffemissionen definiert, allerdings auch relativ aufwändig und auch relativ teuer ist. Insgesamt ist es z.B. in Europa so, dass derzeit nur eine relativ kleine Anzahl an Dieselfahrzeugen diese Abgasnorm erfüllt und es noch Jahre dauern wird, bis alle Fahrzeuge diese Norm erfüllen werden.
Inzwischen sind z.B. in Europa außerdem weitere, nochmals schwerer zu erfüllende Abgasnormen definiert (EURO6a/b/c) bzw. für das Ende 2017 (EURO6d) in Vorbereitung.
Im nichteuropäischen Ausland gibt es ganz ähnliche Emissionsvorschriften, wenn auch oftmals mit anderen Grenzwerten und Fahrzyklen.
Insbesondere Dieselfahrzeuge mit EURO5 oder darunter, die bereits am Markt sind, sind derzeit in der Kritik einen maßgeblichen Anteil daran zu haben, dass in manchen Städten die zulässigen Immissionsgrenzwerte der Luft für Feinstaub und/oder NOx nicht eingehalten werden und der Gesetzgeber aufgrund von EU-Vorgaben in einer gewissen Zwangslage ist, Zusatzmaßnahmen zur Einhaltung der Immissionsgrenzwerte der Luft zu ergreifen.
Hierzu sind derzeit u.a. lokale Fahrverbote für bestimmte Dieselfahrzeuge, z.B. für alle Dieselfahrzeuge mit einer Zertifizierung unterhalb EURO6, im Gespräch.
So wird beispielsweise vorgeschlagen, in Städten mit Überschreitung der gesetzlich vorgeschriebenen Immissionsgrenzwerte (d.h. z.B. eines oberen Grenzwerts der Schadstoffkonzentrationen der Umgebungsluft in mg pro m³ Umgebungsluft) bei Dieselfahrzeugen nur noch solche Fahrzeuge in der Stadt oder auf bestimmten Straßen fahren zu lassen, die die Schadstoffnorm EURO6 oder besser erreichen. Das zielt darauf ab sofort eine Verbesserung der Schadstoffbelastung zu erzielen. Darüber hinaus soll es generell alle zukünftigen Fahrzeugkäufer zum Kauf von Fahrzeugen mit EURO6 oder besser bzw. zum Kauf von reinen Elektrofahrzeugen bewegen.
Bereits alleine die Diskussionen um Fahrverbote von bestimmten Dieselmotoren und erst recht die nun im Februar 2017 erstmals in den Medien aufgetauchte Ankündigung eines solchen Verbots für Dieselfahrzeuge unterhalb EURO6 für bestimmte Bereiche von Stuttgart durch die Landesregierung von Baden-Württemberg gehen nicht zuletzt mit einem erheblichen Wertverlust der bereits in Gebrauch befindlichen Fahrzeuge mit Dieselmotoren und einer Zertifizierung mit unterhalb EURO6 einher. Das betrifft derzeit den Großteil aller Dieselfahrzeuge. Entsprechend strittig ist die Umsetzung derartiger oder ähnlich gelagerter Fahrverbote, mit noch ungewissem Ausgang.
Die hochgradig unpopuläre Vorgehensweise mit der Notlösung temporärer/lokaler Fahrverbote für sehr viele Altfahrzeuge spiegelt nicht zuletzt den Sachverhalt wider, dass eine Nachrüstung bestehender Fahrzeuge als Maßnahme zur Beseitigung der Überschreitung der gesetzlichen Immissionsvorgaben, insbesondere für die NOx- bzw. NO₂-Werte, in der Fachwelt nicht als machbar/sinnvoll gilt.
Eine (äußerst lobenswerte) Zusammenfassung des aktuellen Standes der Technik bezüglich der Schadstoffemission von Dieselfahrzeugen findet sich im „Gutachten für den 5. Untersuchungsausschuss der 18. Wahlperiode des deutschen Bundestags“ von Prof. Dr. sc.-techn. Thomas Koch, Leiter des Instituts für Kolbenmaschinen des KIT (Karlsruher Institut für Technologie), mit Datum 5. September 2016.
Was die Emissionen giftiger Schadstoffe von Kfz anbetrifft, sieht das Gutachten das größte Emissions- bzw. Immissionsproblem beim NOx bzw. genau genommen beim NO₂.
Die mittel- bis langfristige Lösung dieses Problems sieht das Gutachten in der allmählichen Marktdurchdringung mit neuen Fahrzeugen, welche Emissionen nach EURO6 oder besser aufweisen.
Damit bleibt allerdings das derzeitige NOx-Immissionsproblem mancher Städte bis auf weiteres bestehen, wenn auch durch die allmähliche Marktdurchdringung mit EURO6-Fahrzeugen mit abnehmender Tendenz.
Eine relativ kurzfristge Lösung des NOx-Emissionsproblems bzw. NO₂-Immissionsproblems, z.B. durch Nachrüsten von Alt-Fahrzeugen, ist nicht in Sicht, weshalb nun lokale/temporäre/fahrzeugspezifische Fahrverbote und dergleichen im Gespräch sind.
Demgegenüber besteht die Aufgabe, ein Fahrzeug dahingehend zu verbessern, dass sich bei Fahrten in Gebieten mit einer potentiell unzulässig hohen Konzentration eines gesundheitsschädlichen Schadstoffs in der Luft, d.h. einem potentiell zu hohen Immissionswert, insbesondere von NOx, NO₂ oder Rußpartikeln aus dem Abgas und/oder durch das Fahrzeug verursachten oder aufgewirbelten Feinstaub, eine Reduktion der Emission dieses Schadstoffs im Vergleich zu einem Normalbetrieb ergibt.
Ein solcher Normalbetrieb ist insbesondere durch den Auslieferungszustand bzw. das Fahrzeugverhalten bei der Fahrzeugzulassung bzw. zum Zeitpunkt bei dessen Auslieferung definiert und/oder durch eine Zertifizierung der vom Fahrzeug erfüllten Abgasnorm, beispielsweise nach EURO3, EURO4, EURO5 oder EURO6.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 13 gelöst.
Ebenso lösen weitere erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen gemäß der beigefügten Patentansprüche diese Aufgabe.
Für das übergeordnete Ziel „Verbesserung der Luftqualität in immissionskritischen Zonen von Ballungsräumen“ wird damit eine auf die Reduktion mindestens einer Schadstoffemissionskomponente, insbesondere NO₂ und/oder Feinstaub, ausgerichtete Sonderbetriebsart eines Kfz bereitgestellt, welche vom Normalbetrieb, insbesondere vom bei der Auslieferung Zulassung/Zertifizierung des Kfz (unabhängig von der Umgebungstemperatur und vom Fahrzyklus) definierten Normalbetrieb, abweicht und insbesondere nachrüstbar ist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass es für viele Fahrzeughalter im Lichte eines drohenden Fahrverbots oder dergleichen günstiger ist, beim realen Fahrbetrieb gewisse Nachteile in Kauf zu nehmen, als das Fahrzeug u.U. an manchen Tagen oder in manchen Stadtgebieten gar nicht benutzen zu können. Maßnahmen und Fahrzeugeigenschaften, die bisher als unmöglich bzw. als nicht am Markt durchsetzbar galten, rücken damit in den Bereich des Machbaren. Das wird von der Erfindung genutzt.
Vor diesem Hintergrund zeigt die Erfindung zum einen erste Varianten zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe auf, die eine Emissionsminderung eines immissionskritischen Schadstoffs nur temporär wirksam werden lässt, d.h. bei vergleichbaren physikalischen Randbedingungen, z.B. der Umgebungstemperatur oder des Fahrgeschwindigkeitsprofils, bei manchen Fahrten aktiviert ist und bei manchen Fahrten nicht.
Zum anderen zeigt die Erfindung auch zweite Varianten zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe auf, die bei vergleichbaren Randbedingungen immer im Wesentlichen gleich reagieren, d.h. vom obengenannten Vorteil einer Vorgehensweise, dass die Sonderbetriebsweise bei manchen Fahrten aktiviert ist und bei manchen Fahrten nicht, keinen Gebrauch machen.
In beiden Fällen folgt die Erfindung der Erkenntnis, dass bei Inkaufnahme gewisser Nachteile, insbesondere eines erhöhter Kraftstoffverbrauch, eines ungewohnten Fahrverhaltens des Fahrzeugs oder der Gefahr ein Bauteil zusätzlich reinigen oder austauschen zu müssen, zumindest eine bevorzugte Minderung eines besonders immissionskritischen Schadstoffes möglich ist und je nach Basisfahrzeug im Hinblick auf die Einhaltung gesetzlicher Immissionsbestimmungen besonders zielführend sein kann (bei hinreichender Attraktivität und somit zahlreichen Fahrzeuganwendungen).
Gemäß der ersten Varianten zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe stellt eine örtliche und/oder zeitliche Begrenzung der Anwendung der Sonderbetriebsart auf eine letztlich begrenzte Anzahl von Fahrten insbesondere sicher, dass bisher einer solchen Betriebsart aus Gründen des Bauteilschutzes und/oder der Kundenakzeptanz und/oder des zertifizierten Kraftstoffverbrauchs, entgegenstehende Bedenken ausräumbar sind oder zumindest für zahlreiche Kunden akzeptabel werden.
Die Logik der Anwendung und Nichtanwendung der Sonderbetriebsart und Maßnahmen zum Nachweis der bestimmungsgemäßen Anwendung als „temporär emissionsmindernde Maßnahme“ gegenüber Dritten wie der Polizei oder dem Ordnungsamt stellen dabei insbesondere sicher, dass die Sonderbetriebsart auch für den Gesetzgeber und die Einhaltung der Immissionsvorschriften zuständigen Behörden attraktiv ist.
Die mit der Sonderbetriebsart einhergehende Anpassung der Schadstoffemission mit einer Unterscheidung nach Fahrgebieten und/oder nach Nutzungsverhalten des Fahrzeugnutzers ermöglicht völlig neue Wege, um in Gebieten mit potentieller Überschreitung der gesetzlichen Immissionsvorschriften eine besonders kritische Schadstoffkomponente zu senken, indem die Fahrzeugemission zumindest dieser Schadstoffkomponente reduziert wird. Die damit z.B. in NO₂-Problemgebieten, insbesondere im Innenstadtbereich großer Städte, erreichbaren Verbesserungen sind erheblich.
Die Erfindung ist primär für Altfahrzeuge bestimmt, aber auch für Neufahrzeuge vorteilhaft anwendbar. Sie hat insbesondere das Potential - global über die an kritischen Messorten relevante Fahrzeugflotte betrachtet und somit derzeit einer relativ hohen Anzahl von Dieselfahrzeugen mit EURO5 und darunter - mit erstaunlich geringem Aufwand das Problem einer lokalen Überschreitung gesetzlich vorgeschriebener Immissionswerte bestimmter gesundheitsschädlicher Abgase wie NO₂ oder Feinstaub zu lösen.
Die Umsetzung der Erfindung wird bevorzugt sogar so vorgenommen, dass eine Nachrüstung der Erfindung an einem z.B. nach der Abgasnorm EURO5 zugelassenen/zertifizierten Fahrzeug mit der Erfindung für sich alleine zunächst als sogenannte „Emission Defeat Device“ oder „Abschaltvorrichtung der Abgasnachbehandlung“ in Bezug auf die bestehende Zulassung nach EURO5 darstellen würde, weil das Fahrzeug nachträglich einen emissionsrelevanten Eingriff erhalten hat und dies eigentlich eine erneute Zertifizierung erfordert.
Ob bzw. inwiefern eine solche letztlich notwendig sein wird, bleibt vorerst offen, da man angesichts der mit dem Sonderbetrieb erreichten Minderung der Emission giftigen Abgases eigentlich nicht von einer „Emission Defeat Device“ sprechen kann sondern von einer „Inversen Emission Defeat Device“ sprechen müsste.
Der Erfindung nutzt insbesondere den Sachverhalt, dass eine Überschreitung eines Immissionsgrenzwertes - was den Anteil des Straßenverkehrs anbetrifft - regelmäßig nur lokal und nicht großflächig/überall auftritt, so dass eine nur örtlich begrenzte und gegebenenfalls nur auf eine einzelne Schadstoffart, insbesondere auf NOx bzw. NO₂, fokussierte Absenkung der Schadstoffemission eine hochgradige Wirksamkeit für die Einhaltung der gesetzlichen Immissionsvorschriften hat.
Mit der „Inkaufnahme gewisser Nachteile“, insbesondere bezüglich des Kraftstoffverbrauchs oder des Risikos der Bauteilalterung bzw. Bauteilverschmutzung, ist es möglich ist, gezielt Einfluss auf eine in Bezug auf die Verletzung der Immissionsvorschriften besonders kritische Abgaskomponente, insbesondere NO₂, zu nehmen.
Insbesondere eine lokale und damit auch über die Fahrzeuglebensdauer i.a. stark begrenzte Anzahl an Betriebsstunden mit einer „Inkaufnahme gewisser Nachteile“ lassen diese Vorgehensweise für sehr viele Fahrzeugnutzer zu.
Der erfindungsgemäße Lösungsweg steht in Bezug auf Altfahrzeuge insbesondere im krassen Widerspruch zu der Sichtweise der Fachwelt, dass eine Nachrüstung nicht machbar oder zumindest nicht wirtschaftlich sinnvoll ist. Genau das spiegelt sich auch in der oben erwähnten Fahrverbotsankündigung für Dieselfahrzeuge unterhalb EURO6 für Stuttgart wider.
Die Erfindung relativiert somit die Vorstellung in der Politik bzw. beim Gesetzgeber und auch der Fachwelt, dass mittel- bis langfristig nur eine starke Marktdurchdringung mit Elektroautos und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren ab Emissionsklasse EURO6 oder besser eine vollständige Einhaltung der derzeit geltenden Immissionsvorschriften liefern kann.
Diese stark vereinfachte Sichtweise dürfte sich erledigt haben, wenn die Erfindung am Markt Erfolg hat.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat insbesondere den Vorteil, dass sie sowohl für den Fahrzeughalter als auch für die Gesetzgeber von Interesse ist:
Für den Gesetzgeber bzw. im Sinne der Einhaltung von Gesetzesvorschriften bezüglich der Immission gesundheitsschädlicher Stoffe ist der erfindungsgemäße Fahrzeugbetrieb i.d.R. selbst dann noch hochattraktiv, wenn dieser nur örtlich begrenzt einen Beitrag zur Senkung der Immissionswerte liefert. Das liegt daran, dass die Immissionsgrenzen i.d.R. nur im unmittelbaren Nahereich einzelner Stadtgebiete oder Messstellen ein wirkliches Problem darstellen. Das betrifft insbesondere das derzeit besonders in der Diskussion stehende NO₂.
Für den Fahrzeughalter ist die Erfindung als Alternative zu einem Fahrverbot - bei entsprechender Gesetzeslage - selbst mit einer „Inkaufnahme gewisser Nachteile“ der erfindungsgemäßen Betriebsart einschließlich der Umrüstung von Altfahrzeugen auf die zusätzliche Betriebsart vielfach wesentlich attraktiver als der Neukauf eines neuen Fahrzeugs (sofern der Neukauf wegen des Fahrverbots erfolgt).
Der Gesetzgeber bzw. die für die derzeitigen Gesetzesüberschreitungen bei den NO₂-Werten in der Verantwortung stehenden staatlichen Behörden dürften/müssten insbesondere großes Interesse daran haben, die Rahmenbedingungen zur Nutzung der Erfindung zu schaffen bzw. deren Umsetzung mitzutragen, da eine Anwendbarkeit der Erfindung bei Altfahrzeugen besteht.
Insbesondere ist - bei entsprechendem Markterfolgt der Erfindung - relativ kurzfristig eine Absenkung der Anzahl der Überschreitungsstunden mit unzulässig hoher Abgaskonzentration an den Messorten potentieller Überschreitung, z.B. des derzeitigen EU-Grenzwertes mit „maximal 18 Stunden bei mehr als 0,200 mg/m³ an NO₂ im Jahr“, möglich.
Analoges gilt auch für den Jahresmittelwert des von der Erfindung anvisierten giftigen Abgases, z.B. des derzeitigen EU-Grenzwertes von 0, 040 mg/m³ an NO₂ als Jahresmittelwert.
Die im Hinblick auf die zukünftige Vermeidung der derzeitig regelmäßig auftretenden Überschreitungen dieser EU-Grenzwerte für NO₂ ohne Fahrverbote erzielbaren Verbesserungen sind somit von hoher wirtschaftlicher und politischer Relevanz.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Sonderbetriebsart so abgestimmt wird, dass für alle Zertifizierungswerte der giftigen Abgase oder zumindest für ein besonders immissionskritisches Abgas wie NOx, ausgehend von der Zertifizierungsstufe/Ursprungszulassung eines Fahrzeugs die nächsthöhere Emissionsstufe, insbesondere der Grenzwert in g/km nach EURO6 anstelle von EURO5, erreicht wird.
Signifikante Vorteile ergeben sich aber insbesondere bereits dann, wenn ein besonders immissionskritischer oder fahrverbotsrelevanter Emissionsgrenzwert mit Bezug auf die für ein Fahrzeug vorliegende Zertifizierung in einem Abgasrollentest höchstens um den Faktor 2 überschritten wird.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn für die Sonderbetriebsart lediglich sichergestellt ist, dass die Abgasgrenzwerte für den realen Straßenbetrieb erfüllt werden (Erfüllung der Grenzwerte von sogenannten „Real Driving Emissions“ bzw. der „RDE“-Grenzwerte.
Da die Erfindung auf die reale Straßenanwendung und letztlich auf die Immissionswerte, z.B. von NO₂ an immissionskritischen Messstationen, abzielt ist es insbesondere besonders zielführend, wenn die die nächsthöhere Zertifizierungsstufe, insbesondere für die Verbesserung von EURO5 nach EURO6, für die Sonderbetriebsart lediglich für die Grenzwerte unter RDE-Bedingungen eingehalten bzw. nachgewiesen wird.
Da unter RDE-Bedingungenselbst bei EURO6-Fahrzeugen regelmäßig deutlich größere Emissionen, insbesondere von NOx, vorliegen, als sie bei der Zertifizierung/Zulassung mit Messungen auf einer Abgasrolle nachgewiesen sind, ist es insbesondere in Bezug auf (zumindest derzeitige) Altfahrzeuge sinnvoll, sich auf RDE-Werte zu beziehen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn für die Sonderbetriebsart im Wesentlichen sicherstellt ist, dass ein eigentlich z.B. nach EURO5 zertifiziertes Fahrzeug bei der Sonderbetriebsart vergleichbare oder gar bessere RDE-Emissionen liefert als ein Vergleichsfahrzeug, welches einem Fahrverbot nicht unterfällt, weil es z.B. nach EURO6 zertifiziert ist.
Die dazu erforderlichen RDE-Grenzwerte können dabei z.B. der Norm EURO6 entnommen werden, sofern sie mit einem Konformitätsfaktor, insbesondere einem Konformitätsfaktor von ca. 2,1 oder ca. 1,5 (für die Zukunft geplant), multipliziert werden. Das läuft insbesondere auf die Verwendung derzeit angedachter bzw. in Zukunft zugelassener RDE-Grenzwerte hinaus.
Insbesondere wird vorgeschlagen, die tatsächlichen RDE-Messdaten mindestens eines Vergleichsfahrzeuges oder den Mittelwert mehrerer Vergleichsfahrzeuge zu verwenden, die einem Fahrverbot nicht unterfallen, weil sie beispielsweise alle nach EURO6-zertifiziert sind.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dazu Messungen bei verschiedenen Umgebungstemperaturen zur Bewertung der RDE-Emissionen heranzuziehen.
Im einfachsten Fall erfolgen hierzu exemplarische Messungen mit Vorgabe des gleichen Fahrgeschwindigkeitsprofils bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen. Es können aber auch Bandbreiten der RDE-Emissionen aus Vergleichsfahrten in einem fahrverbotsrelevanten Stadtgebiet erfolgen, z.B. am betroffenen EURO5-Fahrzeug im Vergleich zu EURO6-Fahrzeug(en) ohne Fahrverbot.
Das läuft insbesondere darauf hinaus, dass ein Fahrverbot für Fahrzeuge vergleichbarer oder besserer RDE-Emission und somit vergleichbarer Rückwirkung auf die Einhaltung der Immissionsgrenzwerte, insbesondere von NO₂ oder Feinstaub, nicht sinnvoll und (vermutlich) auch nicht vor Gericht durchsetzbar ist.
Sobald man erkannt hat, dass es im Lichte eines drohenden Fahrverbots für den Fahrzeughalter bzw. den Fahrzeugnutzer Sinn macht, weniger drastische Nutzungseinschränkungen für ein vorhandenes Fahrzeug zuzulassen, ist die Umsetzung der Erfindung letztlich auf zahlreichen Wegen möglich.
Die „ersten Varianten zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe“ zielen wie oben bereits angesprochen darauf ab, dass eine temporäre/lokale Reduktion eines im Fokus der erfindungsgemäßen Maßnahme stehenden Schadstoffs, insbesondere der Schadstoff NOx, in einem von relativ hohen Immissionen betroffenen Fahrgebiet signifikant reduziert wird, insbesondere so signifikant, dass ein Fahrverbot vermieden werden kann.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft (und insbesondere je nach Anwendung bzw. in bestimmten Fällen ohne erneute Zertifizierung des Fahrzeugs oder des Fahrzeugtyps, auch unverzichtbar), dass für Dritte (insbesondere den Gesetzgeber oder deren Kontrollorgane) nachgewiesen wird oder zumindest plausibel erkennbar ist, dass das Fahrzeug auf der Fahr durch ein relevantes Gebiet zumindest so immissionsgünstig betrieben wurde, wie mindestens ein Fahrzeug, das dem Verbot nicht unterliegt.
Alternativ ist auch vorstellbar, dass es genügt, dass die Erkenntnis vorliegt, dass eine realistisch hohe Anzahl vergleichbarer Anwendungen an anderen Fahrzeugen dazu führt (oder für eine Einführungsphase zumindest führen würde), dass im betroffenen Fahrgebiet keine Überschreitung des gesetzlich vorgegebenen Immissionsgrenzwerts mehr zu erwarten ist (nach einer Einführungsphase wäre).
Die Erfindung ist nicht auf den europäischen Markt und deren Gesetze beschränkt, wird nachfolgend aber primär basierend auf der EU-Gesetzgebung beschrieben.
Derzeit ist es in Europa so, dass die anzutreffende Gebrauchtfahrzeugflotte eine Zertifizierung der Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs aufweist, die zwar einen in zahlreichen Optimierungsschritten erreichten und i.d.R. guten Kompromiss aus Erfüllung von Grenzwerten der Emission giftiger Abgase (Rußpartikel, NOx, HC, CO und SOx) und möglichst geringem Kraftstoffverbrauch aufweisen (entsprechend einer möglichst geringen Emission an ungiftigem CO2).
Dass dabei im Rahmen der Zertifizierung auf der Abgasrolle eine mehr emissionsoptimierte Betriebsart im Vordergrund steht und im Realbetrieb z.T. davon abgewichen ist bekannt.
In Europa ist das unter dem Argument Bauteilschutz anscheinend bis auf weiteres wohl eher legal als illegal, wobei bei zahlreichen Fahrzeugen neben dem Bauteilschutz auch die Kraftstoffeinsparung und gegebenenfalls andere Gründe wie eine Harnstoffeinsparung etc. temporär vom emissionsoptimalen Betrieb wegführen.
Im Lichte drohender Fahrverbote nutzt die Erfindung insbesondere den Sachverhalt, das im Gegensatz zur gegenwärtigen Ausgestaltung der Verbrennungsführung und Abgasnachbehandlung im Realbetrieb ein ganz anderer Kompromiss bei der Gewichtung der maßgeblichen Einflussparameter einschließlich des Bauteilschutzes relevant wird und bei vielen Fahrzeugen auch möglich ist.
Insbesondere wird - zumindest wenn der Gesetzgeber wie erwartet mitzieht - mit der Erfindung ermöglicht, dass bestimmte Fahrzeuge, die wegen einer zu niedrigen Emissionsstufe der Zertifizierung bzw. Zulassung in Europa einer Zertifizierung für die Emissionsstufe EURO5 im bisherigen Fahrzeugschein anstelle einer in einem Fahrverbot benannten Zertifizierung von mindestens EURO6, dennoch überall dort (i.a. im Stadtverkehr) betrieben werden darf, wo auch ein Fahrzeug mit mindestens einer Zertifizierung nach EURO6 betrieben werden darf.
Die Erfindung ist generell für ein giftiges Abgas bzw. gesundheitsschädliche Feinstaubpartikel anwendbar und wird nachfolgend exemplarisch anhand von Beispielen zur Senkung der NOx-Emission bzw. NO₂-Emission von Dieselfahrzeugen beschrieben, und zwar zum einen im Hinblick auf einen Beitrag zur Reduktion der Fahrzeugemission von NOx oder alternativ nur NO₂ in g/km Fahrstrecke.
Des Weiteren erfolgt eine Beschreibung von Maßnahmen im Hinblick auf vermutlich neu hinzukommende gesetzlichen Vorschriften zur Vermeidung der Überschreitung der gesetzlichen NO₂ Immissionswerte in mg/m³.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei einer ganzen Reihe von Dieselfahrzeugen ebenso einfach wie wirkungsvoll dadurch umgesetzt werden, dass für den Ortsteil oder den Straßenabschnitt, in welchem für die betroffenen Fahrzeuge ein Fahrverbot wegen lokaler Überschreitung des Jahresdurchschnittswerts bezüglich der Immission von NO₂ (in der EU derzeit 0,040 mg/m³) besteht oder wünschenswert wäre, die Abgasrückführung wesentlich häufiger aktiviert ist, als es mit der bei ursprünglichen Zertifizierung bzw. Straßenzulassung der Fall ist.
Es ist nämlich so, dass die Abgasrückführung bei einer Reihe von Fahrzeugen zum Bauteilschutz bei Unterschreiten bestimmter Umgebungstemperaturen komplett abgeschaltet wird, mit der Folge signifikant höherer NOx-Emissionen und höherer Messwerte der lokalen Immissionsmessstationen bei NO₂.
Es sind im Rahmen des VW-Abgasskandals Dieselfahrzeuge bekannt geworden, die die Abgasnachbehandlung bereits bei Umgebungstemperaturen unterhalb 17°C mit der Begründung Bauteilschutz abschalten.
Ein Blick auf die in Europa über das Jahr vorliegende Bandbreite der Umgebungstemperatur (i.d.R. zwischen -20°C bis + 35°C) macht klar, dass sehr viele Fahrten bei Umgebungstemperaturen unterhalb +17°C stattfinden und es bei diesen Fahrzeugen hochwirksam in Bezug auf die Absenkung des Jahresmittelwerts der NOx-Emission pro Dieselfahrzeug ist, wenn dieses mit einer erfindungsgemäßen Erhöhung der Abgasrückführrate oder ohne Abschaltung der Abgasnachbehandlung bereits bei 17°C ausgestattet ist.
Das Aktivieren der Abgasrückführung in einem erweiterten Temperaturfenster der Umgebungstemperatur kann auf sehr kostengünstige Weise über die Anpassung der Programmierung der Motorsteuerung erfolgen.
Sie kann aber auch ohne Mithilfe der Fahrzeughersteller dadurch künstlich herbeigeführt werden, dass das für die EGR-Abschaltung (oder eine sonstige Art der Abweichung von einer besonders NOx-armen Betriebsart) maßgebliche Sensorsignal zur Bewertung der Umgebungstemperatur und/oder der Motortemperatur, insbesondere ein Umgebungstemperatursensor oder ein Sensor zur Messung der Ansauglufttemperatur oder der Kühlmitteltemperatur, mittels einer Schaltvorrichtung so in Richtung eines höheren Temperaturmesswerts manipuliert wird, dass die Motorsteuerung die Abschaltung nicht vornimmt.
Die Sonderbetriebsart mit Reduktion der NOx-Emission durch das Einschalten der Abgasrückführung bei Fahrten, bei denen die Abgasrückführung im Normalbetrieb (gemäß der Zertifizierung z.B. nach EURO4 oder EURO5) sonst deaktiviert wäre, führt auf eine signifikante Reduktion der NOx-Emission.
Bei einer entsprechend hohen Anzahl von Fahrzeugen, die diese Maßnahmen ergreifen, lassen sich die an den einzelnen Messstellen gemessenen Immissionswerte von NO₂ drastisch reduzieren, und zwar zumindest in Bezug auf den Jahresmittelwert.
Auch die Anzahl an Stunden mit Überschreitung des NO₂-Immissionsgrenzwertes von 0,200 mg/m³ wird damit abnehmen und vermutlich unter die derzeitige Gesetzesvorgabe von maximal 18 Stunden pro Jahr fallen.
Die Umrechnung, ob oder inwiefern ein bestimmtes Fahrzeug, welches z.B. nicht die Zertifizierung nach EURO6 erreicht aber die erfindungsgemäße Zusatzmaßnahme als Beitrag zur Senkung der NO_2-Immission erhalten hat, von einem Fahrverbot ausgenommen wird, das nur Fahrzeuge mit EURO6 oder höher zulässt, ist eine gewisse Fleißaufgabe. Diese ist aber bei entsprechendem Willen des Gesetzgebers und bei Vorhandensein geeigneter Nachweismittel mit überschaubarem Aufwand umsetzbar.
So ist es insbesondere relativ einfach umsetzbar, dass z.B. eine erfindungsgemäße Maßnahme in der Art „Abgasrückführung wird im Temperaturbereich von +35°C bis 0°C, insbesondere bis -10°C oder 0°C, nicht deaktiviert“ implementiert wird und eine Begrenzung dieses abgasemissionsrelevanten Eingriffs im Vergleich zum bisher zertifizierten Normalbetrieb nach beispielsweise EURO3, EURO4 oder EURO5 auf das Gebiet mit potentiellem Fahrverbot oder potentieller Immissionsüberschreitung von NO₂ limitiert.
Der möglicherweise erhöhte Kraftstoffverbrauch, das erhöhte Risiko einer Versottung der abgasführenden Komponenten und/oder eine höhere Rohemission von Rußpartikeln vor einem Partikelfilter und somit ein u.U. erhöhter Bedarf an Reinigungszyklen für den Partikelfilter werden dabei bewusst in Kauf genommen, z.B. wenn der Gegenwert darin besteht, dass ein Fahrverbot vermieden wird.
Insbesondere ist demnach in diesem Ausführungsbeispiel - ähnlich wie in vielen bisherigen und noch folgenden Anwendungsbeispielen - eine bedarfsgerechte, d.h. im Jahresmittel relativ seltene, Anwendung des abgasemissionsrelevanten Eingriffs lediglich in Gebieten oder an Tagen bzw. in einzelnen Zeitfenstern des Tages mit potentieller Überschreitung der Immissionswerte bzw. drohendem Fahrverbot sehr hilfreich, weil sie die Gefahr des vorzeitigen Ausfalls von Abgaskomponenten durch Versottung der Abgasanlage oder Zerstörung des Partikelfilters und dergleichen in vertretbaren Grenzen hält.
Für den Fall, dass ein Fahrzeugnutzer bereit ist, die Abgasreinigungskomponenten einem erhöhten Ausfallrisiko auszusetzen, kann bei geeigneter Überwachung der Abgasreinigungssystems allerdings auch auf die Sicherstellung einer bedarfsgerechten, d.h. im Jahresmittel relativ seltenen, Anwendung verzichtet werden.
Damit wird das erfindungsgemäße System besonders einfach umsetzbar, insbesondere durch eine erneute Zertifizierung des Fahrzeugs mit dem (dann permanent wirksamen) abgasemissionsrelevanten Eingriff. Das wird in dieser Erfindungsbeschreibung ebenfalls als „Sonderbetriebsart“ bezeichnet, weil diese Betriebsbart von der ursprünglichen/normalen Zertifizierung genau dieses Fahrzeugs, insbesondere gemäß des Fahrzeugbriefs oder Fahrzeugscheins der ursprünglichen/werksseitigen Fahrzeugauslieferung, abweicht.
Bevorzugt - und zur Minimierung der Ausfallwahrscheinlichkeit der Bauteile der Abgasreinigungsanlage und des Kraftstoffverbrauchs wohl auch sehr häufig - wird die Erfindung allerdings von der Variante mit einer bedarfsgerechten, d.h. im Jahresmittel relativ seltenen, Anwendung des abgasemissionsrelevanten Eingriffs Gebrauch machen.
Das kann insbesondere ein manueller Eingriff des Fahrers sein, welchen er tätigt, sobald ein Fahrverbot droht oder ein automatischer Eingriff, insbesondere basierend auf einem funkbasierten Eingangssignal zur Aktivierung und Deaktivierung des abgasemissionsrelevanten Eingriffs.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der abgasemissionsrelevante Eingriff basierend auf GPS-Daten, insbesondere GPS-Auswertungen eines Navigationssystems, oder anderen Funksignalen erfolgt.
Der abgasemissionsrelevante Eingriff kann insbesondere in vorteilhafter Weise automatisch auf Fahrsituationen beschränkt werden, in denen ein Fahrverbot besteht oder in Gebieten, in denen eine Überschreitung des Immissionsgrenzwertes von NO₂ zu befürchten ist.
Weitere Ausgestaltungsvarianten der Erfindung finden sich in den einzelnen Patentansprüchen. Diese sind im Lichte der obigen Ausführungen selbsterklärend und sollen daher als vollwertiger Bestandteil der Erfindungsbeschreibung gelten, und zwar so, als sei der gesamte Text der Ansprüche hier nochmals aufgeführt.
Auf einzelne der dort beschriebenen Aspekte wird nachfolgend nochmals eingegangen.
Die Sonderbetriebsart kann in vorteilhafter Ausgestaltung ganz einfach dadurch realisiert werden, dass die Betriebsart, die das Fahrzeug im zertifizierten Abgastest zum Nachweis der Einhaltung der Emissionsgrenzwerte, insbesondere nach EURO5, verwendet, keine temperaturbedingten oder sonstigen Abschaltmaßnahmen zum Verlassen des emissionsoptimierten Betriebs vorsieht.
Analoges gilt das Nicht-Verwenden eines allmählichen Abschaltens oder Zurücknehmen von Maßnahmen der NOx-Emissionsminderung.
Insbesondere sieht die Sonderbetriebsart eine spätere Einspritzung und/oder Verbrennung des Kraftstoffs relativ zum oberen Totpunkt einer Brennkraftmaschine vor, als diese dem Normalbetrieb bei vergleichbaren Fahrzuständen und vergleichbaren Umgebungstemperaturen und/oder Motorkühlmitteltemperaturen entspricht.
Insbesondere ist es vorteilhaft, bei Umgebungstemperaturen unterhalb von 20°C, insbesondere in Abhängigkeit vom Vorhandensein einer Abschaltmaßnahme die die Abgasnachbehandlung verschlechtert, in der Sonderbetriebsart zumindest temporär eine Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes der 50% Kraftstoffumsetzung um mehr als 5° Kurbelwinkel nach „spät“, insbesondere um mehr als 10°Kurbelwinkel nach „spät“ zu realisieren.
Insbesondere ist es vorteilhaft die Werte des Einspritzzeitpunkts, des Zündzeitpunkts, der Einspritzverlaufsgestaltung, Verbrennungsschwerpunktes und/oder der Abgasrückführrate aus dem Normalbetrieb der Zertifizierung (diese erfolgt bei Umgebungstemperaturen zwischen 20 und 30°C und liefert regelmäßig besonders günstige Schadstoffemissionen) bei anderen Temperaturen der Umgebung und/oder des Motorkühlmittels in der Sonderbetriebsart in etwa beizubehalten.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Fahrzeug mit Fahrleistungsbegrenzungen zu versehen, und auf diesem Wege die Emission schädlicher Abgase zu senken, insbesondere bis hin zu einer höheren Emissionsstufe nach beispielsweise EURO6.
Damit kann insbesondere möglicherweise nicht wegzubekommenden Auflagen begegnet werden, die zur Umgehung eines Fahrverbots auf jeden Fall eine Zertifizierung nach EURO6 verlangen.
Als Fahrleistungsbegrenzung wird insbesondere vorgeschlagen, die maximale Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs so zu begrenzen, insbesondere in Form einer neuen Bedatung der Steuerung des Fahrzeugs und/oder des Motors derart, dass die Abgasgrenzwerte nach EURO6 oder einer anderen zur Vermeidung eines Fahrverbots nötigen Emissionsstufe erreicht wird.
Die geringere Motorlast bei weniger starken (positiven) Beschleunigungen des Fahrzeugs senkt dabei die Schadstoffemission, u.a. über die Absenkung der NOx-Rohemission des Motors.
Die Beschränkung der Fahrzeugbeschleunigung reduziert in diesem Zusammenhang die Fahrdynamik des Fahrzeugs, d.h. die pro Fahrstrecke auftretende Anzahl an Beschleunigungen bis zu einem oberen Grenzwert der Geschwindigkeit, was sich positiv auf die Emissionen auswirkt.
Dabei wird der Sachverhalt genutzt, dass die Schadstoffemission in g/km im unteren Geschwindigkeitsbereich des Stadtverkehrs bei sehr geringen Fahrgeschwindigkeiten zwar eher zunimmt als abnimmt (wegen der geringen Fahrgeschwindigkeit), aber eine Begrenzung des Maximalwertes und/oder der Anzahl an Beschleunigungen pro Fahrstrecke das überkompensieren kann.
Der Vorschlag der Begrenzung der maximalen Beschleunigung und im Gesamtkontext der Erfindung auch der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit steht somit nicht im Widerspruch zu dem Sachverhalt, dass Untersuchungen zum Einfluss eines Tempolimits von 30 km/h relativ zu Tempolimits von 40 km/h oder 50 km/h häufig keinen signifikanten Unterschied bei den Schadstoffen, insbesondere bei NOx, gezeigt haben.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass eine Begrenzung der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert unter 120 km/h erfolgt.
Besonders bevorzugt wird sogar eine Begrenzung der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert unter 80 km/h oder einen Wert unter 60 km/h vorgesehen. Das reflektiert den Sachverhalt, dass es Fahrzeuge gibt, bei welchen z.B. die fahrstreckenbezogene Emission von NOx in g/km bereits ab einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 60-70 km/h wieder zunimmt. Insbesondere manche Fahrzeuge mit Zertifizierung nach EURO3, EURO4 oder EURO5 können ein solches Verhalten aufweisen.
Die Verwendung einer Begrenzung der Fahrleistungen (Beschleunigung und/oder Fahrgeschwindigkeit) als Sonderbetriebsart hat den besonderen Vorteil, dass sich damit ein Sprung zur nächst höheren Klasse der Zertifizierung, insbesondere der Sprung von EURO5 nach EURO6, durch eine erneute Zertifizierung des Fahrzeugs oder des Fahrzeugtyps auf der Abgasrolle unstreitig darstellen und nachweisen lässt, und darüber hinaus bis auf die Einbußen seitens des Fahrverhaltens keine Diskussionen bezüglich möglicher Einschränkungen der Dauerhaltbarkeit aufkommen können.
Hinzu kommt, dass die Begrenzung der Beschleunigung und/oder der maximalen Fahrgeschwindigkeit nicht nur seitens der Abgasemissionen eine Beitrag zur Immissionsminderung liefert, sondern auch der nicht durch die Abgase sondern der durch die Reifen, die Bremsen und durch vom Fahrzeug aufgewirbelten Feinstaub weniger immissionsrelevant wird.
Insbesondere wirkt sich dies selbst dann positiv auf die Feinstaub-Immissionswerte aus, wenn die abgasseitigen Feinstaubemissionen bei Fahrzeugen mit Zertifizierung nach EURO6 oder besser, extrem gering sind oder wenn der Fahrzeugantrieb elektrisch erfolgt.
Insofern ist die Erfindung auch für Hybrid- und Elektrofahrzeuge relevant, da auch diese Feinstarb erzeugen und aufwirbeln.
Darüber wird es voraussichtlich so sein, dass die erfindungsgemäßen Reduktion der maximalen Fahrzeugbeschleunigung und der Maximalgeschwindigkeit an einem Teil der Altfahrzeuge zu einer gewissen Vergleichmäßigung des Verkehrsflusses aller Fahrzeuge führen wird. Die emissionsmindernde Wirkung einer geringeren Dynamik (geringerer fahrstreckenbezogener Mittelwert der positiven Beschleunigung) wurde oben bereits angesprochen und wirkt dann z.T. auch bei im Verkehr mitschwimmenden Fahrzeugen, selbst wenn diese keine der erfindungsgemäßen Maßnahmen erhalten haben.
Bei der Reduktion der Beschleunigung ist es insbesondere vorteilhaft, die maximale (positive) Beschleunigung des Fahrzeugs auf einen Wert unterhalb 1,5 m/s² zu begrenzen, insbesondere auf einen Wert unter 1 m/s² oder gar unterhalb 0,5 m/s². Bevorzug liegt dabei die maximale Beschleunigung auf einem Wert zwischen 0,2 und 1,0 m/s².
Bezogen auf die heute nicht unüblichen Beschleunigungswerte von 0 auf 100 km/h im Bereich von 5 bis 10 s und daraus berechneten Beschleunigungen von 2,8 bis 5,6 m/s² ist zu erwarten, dass ein Fahrzeughalter eine derartige Beschleunigungsbegrenzung zwar nur ungern an seinem Fahrzeug sehen wird, aber wenn es darum geht, ein Fahrverbot zu vermeiden, sieht die Sache vermutlich regelmäßig anders aus.
Da Beschleunigungen von in etwa 1 m/s² dem entsprechen, was zum Beispiel im Fahrzyklus des europäischen Abgastests zur Zertifizierung von EURO3 bis EURO6 (d.h. im sogenannten „NEDC“) anzutreffen ist, und dieser angesichts der relativ moderaten Beschleunigung bzw. Fahrdynamik nachweislich regelmäßig die besten Emissionswerte liefert, kann indirekt gefolgert werden, dass die vorgeschlagenen oberen Grenzwerte der Beschleunigung z.B. sehr hilfreich dabei sein werden, wenn es darum geht, einem Altfahrzeug mit beispielsweise einer Zertifizierung nach EURO5 eine Zertifizierung nach EURO6 zukommen zu lassen.
Analoges gilt, wenn es lediglich darum geht, Dritte (Behörden, Gesetzgeber etc.) zu überzeugen, dass ein bestimmtes Altfahrzeug in einer Sonderbetriebsart nicht mehr Emissionen erzeugt als ein Fahrzeug mit EURO6-Zertifizierung.
Insbesondere ist es vorteilhaft, mehrere der beschrieben Sonderbetriebsarten zu kombinieren.
Eine besonders wirksame Kombination ergibt sich, wenn die Sonderbetriebsart mit einer Reduktion der maximalen Beschleunigung mit der Sonderbetriebsart mit einer Deaktivierung von Abschaltmaßnahmen der Abgasnachbehandlung (z.B. die beschriebene Abschaltung unterhalb bestimmen Umgebungstemperaturen) erfolgt, insbesondere derart, dass diese kombinierte Sonderbetriebsart nur bei drohendem Fahrverbot aktiviert wird.
Die besonders guten Emissionswerte einer der Zertifizierung anhand eines Abgasrollentests bei 20-30°C Umgebungstemperatur können auf diesem Wege in erheblichem Umfang auf den realen Stadtverkehr einen stark erweiterten Bereich der Umgebungstemperatur übertragen werden.
Eine weitere Option mit vergleichsweise wenig Aufwand ein Fahrzeug im Stadtverkehr bewegen zu dürfen, auch wenn z.B. eine Zertifizierung nach EURO6 oder besser nicht im Fahrzeugschein steht, besteht darin, ein behördlich anerkanntes Nachweissystem bereitzustellen, welches belegt, dass man während des Fahrverbots zumindest nicht schlechter unterwegs ist als ein Fahrzeug nach z.B. EURO6. Besonders günstig ist es, das unter Berücksichtigung eines bestimmten (RDE-)Konformitätsfaktors, z.B. einem Grenzwert der 2,1 mal höher ist als der Grenzwert bei EURO6 (der bekanntlich auf der Abgasrolle bei einer Umgebungstemperatur von 20-30°C wird) aufzuzeigen.
Ein Teil der Patentansprüche zeigt selbsterklärend Wege auf, wie das erfolgen kann.
Eine besonders einfache Lösung besteht darin, die Abgasemission mit einem Sensor zur Messung der Abgaskonzentration zu messen und mit dem Luftmassensignal der Motorsteuerung (ggfs. einschließlich weiterer Signale wie Umgebungsdruck und Abgastemperatur oder mit Schätzwerten dieser Werte) den tatsächlichen Massenstrom einer besonders immissionskritischen Abgaskomponente zu bestimmen.
Weitere in den einzelnen Steuerungen des Fahrzeugs, insbesondere der Motorsteuerung, verfügbare Daten liefern dann einen in vielen Fällen ausreichenden Messwert in g/km, der mit dem Grenzwert nach EURO6 bzw. dem korrespondierenden RDE-Grenzwert vergleichbar ist.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, regelmäßig zwischen Normalbetrieb und Sonderbetrieb hin- und her zu schalten, und damit nachzuweisen, dass der Sonderbetrieb die besseren Abgaswerte liefert. Je nach Basisfahrzeug ist davon auszugehen, dass dabei die Schadstoffemission in der Sonderbetriebsart selbst bei Einbeziehung von Messfehlertoleranzen deutlich besser ist als die EURO6-Grenzen.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft nachzuweisen, dass die Emission der auf der Fahrt (z.B. bis zu einer Kontrolle oder bis zum Fahrtende oder bis zum Verlassen der Fahverbotszone) insgesamt zurückgelegten Weg einer vergleichbaren Fahrt mit der nächst höheren Emissionsstufe, z.B. nach EURO6, entspricht.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn für die gesamte Fahrt in einem Gebiet mit Fahrverbot nachgewiesen wird, dass die Emission des Fahrzeugs nicht höher ist, als wenn es eine hinreichend hohe Zertifizierungsstufe, insbesondere nach EURO6, gehabt hätte.
Insbesondere ist es vorteilhaft, sicherzustellen und gegenüber potentiellen behördlichen Kontrollen belegen zu können, dass das Fahrzeug nur ab einem bestimmten Erwärmungszustand des Motors oder der Abgasanlage in das Gebiet mit Fahrverbot einfährt bzw. eingefahren ist und dort auch nicht bei Fahrverbot bei einem anderen Betriebszustand gefahren wurde.
Je nach Datenlage, insbesondere bei Vorliegen eines besonders günstigen EURO5-Abgastests auf der Abgasrolle bei in etwa betriebswarmem Motor, kann das schon ausreichend dafür sein, dass eine Fahrt in oder durch ein Gebiet mit Fahrverbot für Fahrzeuge unter EURO6 selbst für ein Altfahrzeug mit EURO5-Zertifizierung nicht grundsätzlich ausgeschlossen ist. So kann es insbesondere genügen, dass für ein Altfahrzeug lediglich ein der Fahrverbotszone entsprechender Temperatur- und Fahrstreckennachweis notwendig ist.
Auch diese Vorgehensweise kann mit den obigen Sonderbetriebsarten kombiniert werden, was gegebenenfalls dafür verwendbar ist, besonders große Schritte der Emissionsverbesserung zu liefern.
Die Logik-Schaltbilder gemäß 1 und 2 zeigen - extrem vereinfacht und nur exemplarisch d.h. ohne Begrenzung der Erfindung hierauf - wie sich die Erfindung in zumindest manche der heute bereits am Markt zu findenden Abgasnachbehandlungsstrategien integrieren lässt. Sofern auf EURO5 und EURO6 Bezug genommen wird, so soll dies ebenfalls keine Begrenzung der Erfindung auf diese Anwendungsfälle darstellen.
1 zeigt ein Anwendungsbeispiel, bei dem ein Fahrzeug wahlweise in einem Normalbetrieb N betreibbar ist, welcher insbesondere die Normalbetriebsart N1 für einen emissionsoptimierten Betrieb umfassen kann und die Normalbetriebsart N2 für einen kraftstoffverbrauchsoptimierten Betrieb.
Die Erfindung ist sind natürlich auch andere Arten von Normalbetrieb N anwendbar, z.B. wenn technische Fortschritte bei zukünftigen Abgasnachbehandlungssystemen eine Aufteilung in der Art nach N1 und N2 in 1 überflüssig machen.
Die Normalbetriebsart N1 gemäß 1 liefert dabei i.d.R. deshalb besonders gute Emissionsergebnisse, weil sie zumindest für die Randbedingungen des gesetzlichen Abgastests (Umgebungstemperaturen von 20-30°C, relativ moderate Geschwindigkeiten und Beschleunigungen) sehr sorgfältig abgestimmt ist und weil bei relativ warmen Umgebungstemperaturen sowohl der Motor als auch das Abgas regelmäßig wärmer sind. Die Verbrennungsführung ist unter diesen Randbedingungen einfacher und robuster als bei tiefen Umgebungstemperaturen, so dass eine geringere Verschmutzungsgefahr für den Motor und die Abgasnachbehandlungsbauteile besteht (durch Rußbildung, Versottung, Ölverdünnung etc.).
Insbesondere zur Minimierung der NOx-Emission sind in der Betriebsart N1 oftmals relativ späte Verbrennungsschwerpunkte und hohe EGR-Raten in Verwendung, mit der Folge eines gewissen Kraftstoffverbrauchsnachteils (zu Gunsten guter/akzeptabler NOx-Emissionswerte) und dem höheren Risiko einer stärkeren Rußablagerung in den Abgasnachbehandlungskomponenten (insbesondere bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen).
Eine relativ hohe Anzahl an Freibrennzyklen der Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere des Partikelfilters und gegebenenfalls ein höher Verbrauch an Harnstoff sind weitere nicht ganz unkritische Begleiterscheinungen des emissionsoptimalen Betriebs in der Art des Abgasrollentests bei 20-30°C bzw. bei der Anwendung in einem erweiterten Kennfeldbereich der Umgebungstemperaturen etc.
Das hiermit lediglich angerissene Thema „Kompromiss zugunsten NOx bei akzeptablem Verbrauch“ in der Betriebsart N1 ist nur einer von vielen Gründen, warum in 1 zwischen einem eher emissionsoptimalen Normalbetrieb N1 und einen eher kraftstoffverbrauchsoptimalen Normalbetrieb mit Berücksichtigung des Bauteilschutzes N2 unterschieden wird. Die in 1 mit einer Umgebungstemperatur von Tu < 17°C angegebene Schaltschwelle zwischen den Normalbetriebsarten N1 und N2 ist nur ein Beispiel für eine der vielen bei Fahrzeugen zu findenden Umschaltbedingungen bzw. Abschaltbedingungen der Abgasnachbehandlung.
Jedenfalls ist es so, dass derzeit zahlreiche Fahrzeuge mit Dieselmotoren auf dem Markt sind, die unterhalb einer Temperaturschaltschwelle von 17°C oder auch unterhalb einer etwas tieferen Schaltschwelle wie z.B. 5°C oder 10°C, auf einen Teil des Abgasreinigungspotentials verzichten, insbesondere in Bezug auf NOx.
Eine Ausgestaltungsvariante der Erfindung zielt darauf ab, einen Teil dieses Potentials der Emissionsminderung durch eine zusätzliche abgasemissionsrelevante Maßnahme bzw. Sonderbetriebsart zumindest teilweise heben. Bevorzugt kommt dabei eine Kombination mehrerer Sonderbetriebsarten bzw. abgasemissionsrelevanter Maßnahmen zum Einsatz.
Wie bereits oben regelmäßig beschrieben ist eine Anwendung der Erfindung bei Altfahrzeugen durch Nachrüsten besonders vorteilhaft, ohne auf Altfahrzeuge beschränkt zu sein. Bei Altfahrzeugen kann das Nachrüsten allerdings gewisse Implikationen für die mit der Auslieferung des Fahrzeugs verknüpfte Zertifizierung des Fahrzeugs in Bezug auf die Abgasnorm haben. Insofern kann es bei Altfahrzeugen vorteilhaft sein, eine erneute Abgas-Zertifizierung des Fahrzeugs oder eine anderweitige Zulassung im Fahrzeugschein vorzusehen.
Darüber hinaus ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Erfindung bereits vor der Zertifizierung, insbesondere bei in Zukunft verkauften Fahrzeugen und Fahrzeugneuentwicklungen, implementiert wird.
Das gilt für viele der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung, insbesondere für die Ausgestaltungsbeispiele nach 1 und 2.
Spätestens seit Bekanntwerden des VW-Diesel-Abgasskandals gibt es unter Fachleuten eine streitige Diskussion, ob bzw. ab welcher Temperaturgrenze der Umgebungstemperatur gegebenenfalls von einer unzulässigen/illegalen Abschaltvorrichtung der Abgasnachbehandlung („Emission Defeat Device“) geredet werden muss oder nicht. Derzeit sieht es so aus, dass z.B. eine Umschaltung zwischen N1 und N2 basierend auf einer Temperaturschwelle der Umgebungstemperatur (in 1 z.B. 17°C) zumindest bisher nicht illegal ist.
Jedenfalls ist es bei der Altfahrzeugflotte des Jahrs 2017 und wohl auch noch für längere Zeit so, dass eine Umschaltung zwischen zwei Normalbetriebsarten in der Art N1 und N2 bei der Fahrzeugauslieferung bzw. bei der Fahrzeugzertifizierung in Fahrzeugen nach EURO5 relativ regelmäßig serienmäßig implementiert worden ist und ein Steuergerät SG (i.d.R. die Motorsteuerung) anhand einer Bedingung, d.h. in 1 die Bedingung B2, eine Umschaltung zwischen Normalbetriebsarten N1 und N2 vornimmt.
Die Erfindung sieht nun im Beispiel nach 1 vor, dass zusätzlich zum Ursprungszustand einer Zertifizierung (z.B. wie in 1a unter Weglassen der Sonderbetriebsart gezeigt) eine Bedingung B1 implementiert wird, die auf eine abgasemissionsrelevante Sonderbetriebsart S führt bzw. zumindest führen kann, d.h. eine Betriebsart, die das Fahrzeug z.B. im Serienzustand der Zertifizierung/Auslieferung nicht hatte.
Die Sonderbetriebsart S ist dabei darauf ausgerichtet, dass das Fahrzeug zumindest in einem von der Steuerung über das Eingangssignal für B1 als immissionskritisch erkannten Fall mit potentieller Überschreitung des Immissionsgrenzwertes eines Schadstoffs zumindest die Emission dieses immissionskritischen Schadstoffes abgasseitig verbessert.
Besonders bevorzugt wird für alle fahrzeugseitig immissionsrelevanten (giftigen/gesundheitsschädlichen) Schadstoffe eine Emissionsklasse realisiert, insbesondere ein Übergang von der Einhaltung der Grenzwerte nach EURO5 auf die Grenzwerte nach EURO6 oder von EURO6 nach EURO6a, EURO6b, EURO6c oder EURO6d.
Das kann mit Bezug auf die für die Messung auf der Abgasrolle geltenden Emissionsgrenzwerte geschehen, oder auch mit Bezug auf die um einen Konformitätsfaktor erhöhten RDE-Werte.
In 1 ist als „Ziel-Abgaskomponente“, welche mit der Sonderbetriebsart S gesenkt werden soll, exemplarisch das NOx bzw. NO₂ des Abgases einschließlich des in der Umgebungsluft aus dem NO des Abgases gebildeten NO₂ angegeben. Zu diesem Zweck ist eine Bedingung B1 in der Art „Normalbetrieb gewünscht/zulässig“ implementiert, die im Fall „ja“ auf die Normalbetriebsart (N mit den Möglichkeiten N1 oder N2) führt, und im Fall „nein“ auf die Sonderbetriebsart S.
Damit ist in 1 eine Steuerung implementiert, die die örtliche/zeitliche Verwendung der Sonderbetriebsart S z.B. in Abhängigkeit davon vornehmen kann, ob an einem Tag oder im durchfahrenen Stadtteil ein Fahrverbot besteht oder nicht.
Wenn das Eingangssignal E, insbesondere ein manuell vom Fahrer oder über ein Funksignal bereitgestelltes Eingangssignal, die Bedingung B1 bereits zu Beginn der Fahrt mit „nein“ belegt wird die Normalbetriebsart N mit den beiden Normalbetriebsarten N1 und N1 von Anfang an umgangen.
Wenn das erst während der Fahrt geschieht, so führt die Abfrageschleife ausgehend von einer der beiden Normalbetriebsarten N1 oder N2 ebenfalls zur Bedingung B1 und dann zur Sonderbetriebsart S.
Zur Überwachung durch Dritte in Bezug auf ein potentielles Fahrverbot ist ein Ausgangssignal A vorgesehen, welches z.B. über eine Blue-Tooth-Verbindung oder über die OBDII-Schnittstelle eine Kommunikation zwischen dem Steuergerät SG und einem im Fahrzeug mitgeführten Mobiltelefon herstellt und bei Bedarf den ordnungsgemäßen, d.h. auf der vorliegenden Fahrt besonders immissionsgünstigen Betrieb, anzeigt.
Der Nachweis gegenüber Dritten kann z.B. bei Verwendung eines Smartphones unter Anzeige aufgezeichneter GPS-Daten zum Fahrgebiet, der Fahrstrecke und/oder der Fahrdauer erfolgen, insbesondere unter Anzeige des Schaltzustandes der Bedingung B1.
Insbesondere ist es vorteilhaft, ergänzend oder als alleiniges Nachweismittel zur Zulässigkeit der Fahrt gegenüber einer behördlichen Kontrolle ein Nachweissignal für die Verwendung der Sonderbetriebsbart auf einem während der Fahrt verfügbaren Display, insbesondere eines Mobiltelefons oder eines Navigationssystems, bereitzustellen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn zum Nachweis benötigte Daten oder lediglich ein Nachweissignal für die Zulässigkeit der Fahrt von einer fahrzeugfernen Zentrale Z aufgezeichnet und/oder bereitgestellt wird und bei einer Fahrzeugkontrolle mittels eines Mobiltelefons, z.B. per SMS oder über eine APP, abrufbar ist.
Insbesondere sieht die Erfindung alternativ vor, dass die immissionsgünstige Sonderbetriebsart S die gesamte Fahrdauer seit Fahrtantritt oder den ganzen Tag oder zumindest für die Fahrt bzw. die Fahrzeit im mit Fahrverbot belegten Gebiet aktiviert wird und ein Anzeigemittel/Display/Fahrtenschreiber dies bei einer Kontrolle nachweisen kann.
Eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise sieht gemäß 2 vor, eine bereits verfügbare Normalbetriebsart N1, welche in der Ursprungszertifizierung primär für den oberen Umgebungstemperaturbereich bzw. primär für die Bedingungen der Zertifizierung nach beispielsweise EURO5 vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der Bedingung B1 in einem wesentlich weiteren Anwendungsbereich, insbesondere unterhalb von Umgebungstemperaturen von 17°C oder, zu verwenden.
Die damit je nach Fahrzeug u.U. bewusst in Kauf genommenen Risiken der Bauteilalterung bzw. der höhere Kraftstoffverbrauch sind je nach Art und Häufigkeit eines Fahrverbots in sehr vielen Fällen akzeptabel.
Die Vorgehensweise nach 2 sorgt bereits für sich alleine für eine Absenkung der von einem derart nachgerüsteten Fahrzeug im Jahresmittel emittierten NOx-Emissionen, da die emissionsoptimale Betriebsweise nach N1 häufiger in Anwendung ist, als in der Ursprungsausgestaltung (z.B. nach 1b).
Die Implementierung einer Anwendung nach 1 oder 2 in einer größeren Anzahl an Altfahrzeugen mit Dieselmotor - diese werden in Europa in großem Umfang noch unter EURO5 betrieben und bieten entsprechendes Verbesserungspotential - hat insbesondere das Potential, einen signifikanten Beitrag zur Einhaltung des Jahresmittel-Grenzwertes der NO₂-Immission von derzeit 0,040 mg/m³ zu liefern, der derzeit in vielen Großstädten an einzelnen Messorten bereits regelmäßig überschritten wird.
Insbesondere ist es vorteilhaft, den anhand 2 erläuterten Sachverhalt bezüglich der Machbarkeit der Betriebsart nach N1 außerhalb seines ursprünglichen Bestimmungsbereichs auch in die Vorgehensweise nach 1 einfließen zu lassen, d.h. in der Sonderbetriebsart S die Einstellungen der Abgasnachbehandlung zu verwenden, die auch in der Einstellung N1 verwendet werden und dies in der Sonderbetriebsart S durch mindestens eine weitere abgasemissionsrelevante Maßnahme wie eine Begrenzung der maximalen Fahrzeugbeschleunigung zu ergänzen.
Wie bereits außerhalb der Figurenbeschreibung für 1-2 beschrieben, ist es auch hier vorteilhaft, unter der Sonderbetriebsart S mehrere der im Rahmen dieser Erfindungsbeschreibung beschriebenen Sonderbetriebsarten bzw. emissionsrelevanten Eingriffe zu kombinieren.
Insbesondere kann auch eine auf den Stadtverkehr maßgeschneiderte Abstimmung der Verbrennungsführung (z.B. rel. später Verbrennungsschwerpunkt) und/oder der Abgasnachbehandlung (el. Abgasbeheizung, erhöhte Harnstoffmenge, etc.) in der Sonderbetriebsart S implementiert werden, bevorzugt auch mit Begrenzung der maximalen Beschleunigung, insbesondere auf Werte unter 1,5 m/s² oder unter 1,0 m/s² und Begrenzung der maximalen Fahrgeschwindigkeit, insbesondere auf einen Wert unter 60 oder 80 km/h.
Es besteht insbesondere die Aufgabe einer Verbesserung des Abgasnachbehandlungssystems von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen zur weiteren Absenkung der Abgasemissionen in Richtung „Zero-Emission“, insbesondere deutlich über EURO6 hinaus bis hin zu EURO6d und besser, oder gar in den Griffbereich von „Zero-Emission“.
Insbesondere im Warmlauf und bei geringen Umgebungstemperaturen, insbesondere unterhalb 0°C, besteht bei den für die Zukunft wohl zu erwartenden Fahrzeuganwendungen noch ein Bedarf an Verbesserung.
Der speziell auf die bauliche Ausgestaltung des Abgasstrangs in einen Hauptabgaszweig 2a und einen wesentlich kleiner dimensionierten Nebenabgaszweig 2b gerichtete unabhängige Patentanspruch löst diese Aufgabe, wobei eine besondere Eignung zur Verwendung dieser Art der Ausgestaltung des Abgasstrangs für eine Sonderbetriebsart bzw. einen abgasemissionsrelevanten Eingriff im Sinne der Erfindung besteht.
Es wurde in diesem Umfeld bereits mehrfach darauf hingewiesen, dass der bisher beschriebene Umfang der Erfindung auch für zukünftige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor einsetzbar ist.
Dabei ist die Erfindung ist in vielen Varianten bereits ohne Änderung der Bauteile im Abgasstrang verwendbar.
Besonders vorteilhaft ist es relativ dazu, wenn die Sonderbetriebsart durch eine per se schon emissionsmindernde Veränderung/Ergänzung von Bauteilen im Abgasstrang dargestellt oder unterstützt wird.
Eine per se besonders vorteilhafte, mit oder ohne die Einführung der erfindungsgemäßen Sonderbetriebsart verwendbare, Ausgestaltung eines neuartig ausgeführten und neuartig dimensionierten Abgassystems für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren zeigen 3 bis 6.
Dabei zeigen 3 bis 5 - stark vereinfacht und insbesondere ohne Darstellung der gegebenenfalls hinzuzudenkenden Schalldämpfer - Ausführungsbeispiele für ein besonders vorteilhaftes Abgasnachbehandlungssystem für die Abgase einer Brennkraftmaschine, welches für hohe Ansprüche der Abgasreinheit, insbesondere für einen Sprung ausgehend von einer Ausgangszertifizierung von EURO6 auf EURO 6c oder EURO6d, vorteilhaft einsetzbar ist.
Derartige System Aufteilung des Abgaszweigs 2 in zwei unterschiedlich große Zweige 2a und 2b ist insbesondere wegen des relativ schnellen Warmlaufs und wegen der Begrenzung potentieller Betriebskosten im Umfeld einer potentiell erhöhten Verschmutzungsgefahr des Abgasstrangs von Vorteil.
In 3 ist das Abgas 1 einer Zuleitung 2 über einen Hauptabgaszweig 2a für den Normalbetrieb und/oder den Nebenabgaszweig 2b für die Sonderbetriebsart führbar, indem die beiden Drosselklappen 5a und 5b entsprechend eingestellt sind.
Die Abgasreinigungsvorrichtungen 3a und 4a des Hauptabgaszweigs 2a sind beispielsweise mit einem oder mehreren Katalysatoren und einem Partikelfilter bestückt und in Richtung der Betreibbarkeit bis hin zu hohen Abgasmassenströmen der Brennkraftmaschine dimensioniert.
Der Nebenabgaszweig 2b weist Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 3b und/oder 4b auf, und ist dem gegenüber für mindestens eine Betriebsart vorgesehen, bei der die Abgasklappe 5a geschlossen oder gedrosselt ist und die Abgasklappe 5b im Nebenabgaszweig offen.
Die Rohrleitungen und die Abgasnachbehandlungskomponenten (3b, 4b) des Nebenabgaszweigs 2b weisen ein wesentlich geringeres Gesamtvolumen und eine wesentlich geringere Gesamtmasse auf, als die Rohrleitungen und die Abgasnachbehandlungskomponenten (3a, 4a) des Hauptabgaszweigs.
Insbesondere ist auch der für die Durchströmung der Abgasnachbehandlungskomponenten (3b, 4b) mit Abgas verfügbare Strömungsquerschnitt, insbesondere die Stirnfläche des Abgaseintritts in einen dort verbauten Rußfilter oder Katalysator, wesentlich kleiner als bei den Abgasnachbehandlungskomponenten (3a, 4a).
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Strömungsquerschnitte zweier korrespondierender Abgasnachbehandlungskomponenten der beiden Zweige 2a und 2b um mehr als den Faktor 2, bevorzugt um mehr als den Faktor 5 unterscheiden.
Die signifikant unterschiedliche Darstellungsgröße der Bauteile in 3-6 soll die Dimensionierungsunterschiede versinnbildlichen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich das Gesamtvolumen und/oder das Gesamtgewicht der beiden Zweige 2a und 2b um mehr als den Faktor 2, bevorzugt um mehr als den Faktor 5 unterscheiden.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sich das Gesamtvolumen und/oder das Gesamtgewicht korrespondierender Abgasreinigungskomponenten 3a/3b und/oder 4a/4b um mehr als den Faktor 2, bevorzugt um mehr als den Faktor 5 unterscheiden.
Die Ansteuerung mindestens einer der beiden Drosselklappen 5a/5b ist von einem nicht gezeigten Steuergerät einstellbar, welches insbesondere eine Umschaltung zwischen einem Normalbetrieb und einem Sonderbetrieb ermöglicht.
Mit einer Ausgestaltung nach 3 wird ein hocheffizientes, insbesondere für einen sehr weiten Bereich der Umgebungstemperatur und des Abgasmassenstroms geeignetes Abgassystem bereitgestellt, bei dem das Abgas temporär durch einen zu einem Hauptabgaszweig alternativen Nebenabgaszweig mit Abgasnachbehandlungskomponenten geführt wird, welcher für den Betrieb mit einem relativ kleinen Abgasmassenstrom ausgelegt ist, bei im Vergleich zum Hauptabgaszweig oder im Vergleich zu Systemen ohne die Aufteilung in zwei Abgasstränge 2a und 2b zumindest temporär verbesserter Effizienz der Abgasnachbehandlung.
Ein solches System bietet den Vorteil, dass der Abgasmassenstrom bei einem Kaltstart oder bei der Gefahr der Auskühlung des Abgasstrangs beim Übergang zu relativ geringer Motorleistung bzw. zum Motorleerlauf durch den Nebenabgasstrang führbar ist.
Die kleinere Masse und das kleinere Volumen bzw. damit einhergehend eine kleinere Oberfläche des Nebenabgaszweigs sorgen dafür, dass eine im Abgasnachbehandlungssystem anzustrebende Mindesttemperatur, insbesondere eines Oxidationskatalysators, eines NOx-Speicherkatalysators oder eines SCR-Katalysators, schneller erreichbar und/oder besser einhaltbar ist.
Ein System nach 3 oder ähnlich ist insbesondere dann zur Emissionssenkung hilfreich, wenn die Motorleistung bzw. die Fahrzeugbeschleunigung für die gesamte Fahrdauer, z.B. zur Vermeidung eines Fahrverbots, begrenzt wird, und somit bei einem konventionellen Abgassystem oder bei Verwendung des Hauptabgaszweigs 2a die Gefahr einer deutlich zu langsamen Erwärmung oder gar der Unterkühlung des Abgasnachbehandlungssystems besteht.
Insbesondere ist es so, dass für den Fall, dass es durch eine sehr häufige Verwendung einer z.B. NOx-mindernden Sonderbetriebsart zu einer Schädigung des Abgassystems kommt, z.B. durch Verstopfen oder Durchbrennen eines Dieselfilters oder Katalysators, wesentlich preisgünstiger ist, wenn dieser Fehler bei den vergleichsweise kleinen Bauteilen im Nebenabgasstrang 2b auftritt und lediglich ein entsprechend kleines und damit preiswertes Bauteil ersetz werden muss.
Insbesondere kann der Betrieb unter Schließen/Drosseln der Klappe 5a in 3 bis 6 als Sonderbetriebsart oder Teil einer Sonderbetriebsart im Sinne dieser Erfindung betrachtet werden, insbesondere als Sonderbetriebsart S oder Teil der Sonderbetriebsart S, wie sie anhand von 1 beschrieben ist.
Insbesondere kann der Betrieb unter Schließen/Drosseln der Klappe 5a in 3 bis 6 in zukünftigen Fahrzeugen Bestandteil der Zertifizierung zum Zeitpunkt der Fahrzeugauslieferung sein, so dass man mit Blick auf 1 je nach Sichtweise von einer erfindungsgemäßen Anwendungsvariante mit zwei Normalbetriebsarten N1 und N2 und einer Sonderbetriebsart S sprechen kann oder auch von einer erfindungsgemäßen Anwendungsvariante mit drei Normalbetriebsarten N1, N2 und N3 sprechen kann. In beiden Fällen ist das gleiche gemeint.
4 zeigt ein zu 3 ähnliches, besonders vorteilhaftes, Abgassystem, das ebenfalls mit einem großvolumigen für relativ große Abgasmassenströme ausgelegten Hauptabgaszweig 2a und einem kleinvolumigen für relativ kleine Abgasmassenströme Nebenabgasstrang 2b und somit mit entsprechend kleiner Masse und kleiner Wärmeverlustoberfläche arbeitet.
Korrespondierende Bauteile haben in 3 und 4 gleiche Bezugsziffern ( ebenso wie in 5 und 6).
Die Verschaltung in 4 ist dergestalt, dass die Drosselklappe 5a stromauf der Abgasnachbehandlungskomponenten 3a und/oder 4a des Hauptabgaszweigs 2a angeordnet ist, und dass das Abgas nach Durchströmen des Nebenabgasstrangs 2b mit den Abgasnachbehandlungskomponenten 3b und/oder 4b so in den Hautabgaszweig 2 eingeleitet wird, dass die Abgasnachbehandlungskomponenten 3a und/oder 4a durchströmt werden.
Ein solches System liefert im Wesentlichen die bereits anhand der 3 beschriebenen Vorteile, mit dem weiteren Vorteil, dass die Abgasnachbehandlungskomponenten 3a und/oder 4b permanent (vor-)erwärmt werden.
Das ist isnbesondere dann hilfreich, wenn während der Fahrt ein Umschalten zwischen geringer und hoher Motorleistung erfolgen soll, und dazu eine der Öffnung des Drosselklappe 5a bei hoher Motorleistung erfolgt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn - wie beispielsweise in 5 und 6 - dem Abgasnachbehandlungssystem eine im Nebenabgaszweig 2b angeordnete Heizvorrichtung 8 hinzugefügt wird.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, eine elektrische Beheizung vorzusehen.
Die geringen Bauteilmassen und Abgasmassenströme führen bei einem derartigen System - verglichen mit bekannten Systemen mit einer zusätzlichen Heizvorrichtung im Hauptabgaszweig - zu einem vergleichsweise geringen Bedarf an Heizleistung der Heizung 8.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, im Nebenabgasstrang 2b eine katalytische Heizung 8 vorzusehen, welche Kraftstoff einbringt und an einem integrierten Katalysator oder einem nachgeschalteten Katalysator 3b und/oder 4b verbrennt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Kraftstoff zur Beheizung des Nebenabgaszweigs 2b motorseitig bereitgestellt wird, insbesondere durch eine Kraftstoffnacheinspritzung oder eine Brennverlaufsformung mit unvollständiger Verbrennung.
6 zeigt exemplarisch, eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des neuartigen Abgassystems, bei dem das Abgas die Abgasanlage über zwei Ausgänge unterschiedlichen Durchmessers verlassen kann, wieder mit der bei 3-5 schon beschriebenen stark unterschiedlichen Bauteildimensionierung des Hauptabgaszweigs 2a und des Nebenabgaszweigs 2b. Das hat insbesondere Vorteile bei der Leitungsführung und bei der Wartung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Thomas Koch, Leiter des Instituts für Kolbenmaschinen des KIT (Karlsruher Institut für Technologie), mit Datum 5. September 2016 [0016]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und einer Zertifikation der Einhaltung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte giftiger Abgase, insbesondere Verfahren für ein Fahrzeug mit einer Zertifizierung der Einhaltung der Emissionsgrenzwerte giftiger Abgase nach der europäischen Gesetzgebung wie „EURO3“, „EURO4“ „EURO5“ oder „EURO6“ in einem Fahrzeugschein oder bei einer europäischen Behörde, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Motorsteuerung oder auf anderem Wege ein abgasemissionsrelevanter Eingriff in die Steuerung der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage erfolgt, so dass der Fahrzeugbetrieb in einer Sonderbetriebsart vom Normalbetrieb der Zertifizierung der Abgasgrenzwerte abweicht, wobei dieser Eingriff auf die Reduktion mindestens einer gesundheitsschädlichen Abgaskomponente, insbesondere NOx, ausgerichtet ist, und dass Nachweismittel bereitgestellt werden, insbesondere Nachweismittel in Form eines Fahrtenschreibers oder einer Aufzeichnung von Daten eines GPS-Systems (Global Positioning System) oder eines Eintrags im Fahrzeugschein, die belegen sollen, dass diese Abweichung vom Normalbetrieb der Zertifizierung gesetzlich zulässig sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachweismittel sicherstellen, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff in Bezug auf eine Zertifizierung eines Normalbetriebs, insbesondere eine Zertifizierung nach EURO5, nicht als unzulässige Abschaltvorrichtung der Abgasreinigung („Emission Defeat Device“) gewertet werden muss.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Nachweismittel bereitgestellt werden, die belegen auf welcher Fahrstrecke oder in welchem Umkreis die Betriebsart mit abgasemissionsrelevantem Eingriff verwendet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass Nachweismittel bereitgestellt werden, die für einen bestimmten Zeitraum oder Fahrbereich belegen, dass das Fahrzeug seit dem Motorstart oder bei jedem Betrieb des Motors mit dem abgasemissionsrelevanten Eingriff betrieben wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff so vom Normalbetrieb der Zertifizierung abweicht, dass die zertifizierte Emissionsklasse in Bezug auf die giftigen Abgase, insbesondere in Bezug auf EURO5, immer noch eingehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff so vom Normalbetrieb der Zertifizierung abweicht, dass die Schadstoffemission der giftigen Abgase nicht höher sind, als die unter Berücksichtigung eines Konformitätsfaktors, insbesondere eines Konformitätsfaktors von ca. 2,1, erhöhten Abgasgrenzwerte, wie sie einem Zertifizierungstest basierend auf einem auf einer Abgasrolle zu fahrenden Fahrzyklus zu Grunde liegen oder liegen würden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem abgasemissionsrelevanten Eingriff diejenigen Emissionsgrenzwerte aller gesetzlich limitierten giftigen Abgase in der Maßeinheit Masse pro Fahrstrecke, insbesondere in g/km; g/mile, auf einer Fahrt mit dem abgasemissionsrelevanten Eingriff zumindest annähernd eingehalten werden, die einer höheren Zertifizierungsstufe, insbesondere die Emissionsgrenzwerte der Zertifizierungsstufe nach „EURO6“, zuzuordnen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass ein manueller Eingriff im Fahrzeug vorgesehen ist, um den abgasemissionsrelevanten Eingriff vorzunehmen, und dass eine für Dritte, insbesondere für die Polizei oder das Ordnungsamt, nachvollziehbare Dokumentation der bisher zurückgelegten Fahrdauer, Fahrstrecke oder des seit Fahrtantritt durchfahrenen Fahrbereichs bereitgestellt wird, derart, dass nachvollziehbar ist, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff an einem Tag oder Ort mit potentiellem Fahrverbot in hinreichender Weise erfolgt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dass die seit Fahrtbeginn zurückgelegte Fahrstrecke per GPS ermittelt wird und diese mit zum Nachweis der Verwendung des abgasemissionsrelevanten Eingriffs relevanten Daten an ein behördlich anerkanntes Unternehmen gesandt wird, welches die Daten speichert und/oder im Hinblick auf Gesetzesverstöße/Ordnungswidrigkeiten bezüglich der Schadstoffemission auswertet, und insbesondere, dass ein Auswertungsergebnis an eine vom Fahrzeug mitführbare Anzeigevorrichtung als Kontrollmöglichkeit für den Fahrer und/oder Dritte gesandt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass ein GPS-basiertes System erkennt, ob das Fahrzeug in einem innerstädtischen Bereich und/oder in einem Bereich mit potentiell unzulässig hoher Schadstoffbelastung und/oder in einem Bereich mit einem fahrzeugemissionsspezifischen Fahrverbot unterwegs ist und in diesem Fall den emissionsmindernden Eingriff automatisch auslöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass Funksignale, insbesondere Funksignale innerstädtischer Abgasmessstationen, Funksignale von Radiosendern oder Funksignale eines Navigationssystems, die Information übermitteln, ob der emissionsmindernde Eingriff erfolgen soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass es an einem Fahrzeug mit Zertifizierung nach EURO6 oder höher zur Anwendung kommt und mit einer Übererfüllung der NOx-Grenzwerte einen temporären Beitrag zur Erreichung der Immissionsgrenzwerte leistet.
Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und einer Zertifikation der Einhaltung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte giftiger Abgase, insbesondere Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Motorsteuerung ein abgasemissionsrelevanter Eingriff in die Steuerung der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage einstellbar ist, so dass der Fahrzeugbetrieb vom Normalbetrieb der Zertifizierung der Abgasgrenzwerte abweicht, wobei dieser Eingriff auf die Reduktion mindestens einer giftigen Abgaskomponente, insbesondere NOx, ausgerichtet ist, und dass Nachweismittel bereitgestellt sind, insbesondere Nachweismittel in Form eines Fahrtenschreibers oder einer Aufzeichnung von Daten eines GPS-Systems (Global Positioning System) oder einer Applikation (App) eines Mobiltelefons/Mobilfunkgeräts oder einem Eintrag im Fahrzeugschein, die gegenüber Dritten belegen sollen, dass diese Abweichung vom Normalbetrieb der Zertifizierung gesetzlich zulässig sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff auf die lokale Absenkung der NOx-Emissionen des Fahrzeugs oder die NO₂-Immission der Umgebungsluft abzielt und hierzu das Temperaturfenster der Umgebungstemperatur, in welchem in der Zertifizierung des Normalbetriebs, insbesondere in der Zertifizierung nach EURO4 oder EURO5, eine Abschaltung einer externen Abgasrückführung und/oder einer sonstigen Abgasnachbehandlungsmaßnahme erfolgt, in Richtung niedrigerer Umgebungstemperaturen erweitert.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass als abgasemissionsrelevanter Eingriff eine Begrenzung der vom Fahrer bei einer gegebenen Motordrehzahl oder Fahrgeschwindigkeit maximal abrufbaren Motordrehmoments oder der maximal einspritzbaren Kraftstoffmasse erfolgt, insbesondere derart, dass weniger als 50% des maximalen Motordrehmoments gemäß eines dem Fahrzeug zugeordneten Fahrzeugscheins und/oder weniger als 50% des bei einer Umschaltung auf den im Normalbetrieb verfügbaren Momentanwertes des Motordrehmoments verfügbar sind.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass während des abgasemissionsrelevanten Eingriffs die vom Fahrer maximal abrufbare Fahrzeugbeschleunigung weniger als 50% des beim Zurückschalten auf den Normalbetrieb gemäß der Zertifizierung abrufbaren Momentanwertes und/oder weniger als 50% des maximalen Motordrehmoments gemäß eines dem Fahrzeug zugeordneten Fahrzeugscheins und/oder weniger als 50% des mittleren Beschleunigungswertes einer Maximalbeschleunigung von 0 auf 100 km/h und/oder weniger als 1,5 m/s² beträgt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass während des abgasemissionsrelevanten Eingriffs die vom Fahrer maximal abrufbare Fahrzeuggeschwindigkeit höchstens 80 km/h beträgt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass während des abgasemissionsrelevanten Eingriffs die in den Brennraum einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart pro Verbrennung maximal eingebrachte Kraftstoffmasse in Richtung auf einen die Grenzen der Fahrbarkeit bestimmenden Wert reduziert ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff zur Vermeidung von Fahrverboten manuell schaltbar ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff automatisch schaltbar ist, und insbesondere, dass dies zur Vermeidung von Fahrverboten und/oder oder als anderweitig nutzbringender Beitrag zur Immissionsminderung verwendbar ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des abgasemissionsrelevanten Eingriffs eine fahrzeugseitige Empfangseinheit ein Ansteuerungsfunksignal eines fahrzeugfernen Senders empfängt und über eine Auswerteeinheit Einfluss darauf genommen wird, ob der abgasemissionsrelevante Eingriff erfolgt oder nicht.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsfunksignal unter Verwendung einer Applikationssoftware (APP) eines Mobilfunkgeräts oder eines Navigationssystems (GPS-System) als Übertragungsweg zum Vornehmen oder Veranlassen des abgasemissionsrelevanten Eingriffs herangezogen wird.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuerungsfunksignal eines Radiosenders oder eines behördlichen Immissionsmessgeräts als Übertragungsweg zum Vornehmen oder Veranlassen des abgasemissionsrelevanten Eingriffs herangezogen wird.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff unter Verwendung eines Funksignals bezüglich eines Fahrverbotes automatisch geschaltet wird, insbesondere so, dass ein erhöhter Kraftstoffverbrauch und/oder das Risiko eines Bauteilschadens, durch Verschmutzung insbesondere im EGR-System oder im Abgasnachbehandlungs-system, durch eine nur temporäre Benutzung reduziert ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-24, dadurch gekennzeichnet, dass Funksignale, insbesondere Funksignale einer APP eines Mobilfunkgeräts oder eines Navigationssystems, zu einer fahrzeugfernen Zentrale gesendet werden, welche die Anwendung des abgasemissionsrelevanten Eingriffs dokumentiert oder auf anderem Wege für Immissionsüberwachungszwecke auswertet.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-25, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff im Fahrzeugabgas eine Erhöhung der emittierten Rußmasse pro gefahrener Fahrstrecke und eine Absenkung der emittierten NOx-Masse pro gefahrener Fahrstrecke bewirkt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-26, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff im Fahrzeugabgas eine Erhöhung der emittierten Rußmasse pro gefahrener Fahrstrecke und eine Absenkung der emittierten NO_2-Masse pro gefahrener Fahrstrecke bewirkt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-27, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff den Frischluftmassenstrom der Brennkraftmaschine mit einem Drosselventil im Frischluft- oder Abgasmassenstrom verändert, derart, dass im Vergleich zum Normalbetrieb in Richtung reduzierte NOx-Emissionswerte resultieren.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-28, dadurch gekennzeichnet, dass der abgasemissionsrelevante Eingriff den Zeitpunkt der Zündung oder der Kraftstoffeinspritzung verändert, derart, dass im Vergleich zum Normalbetrieb in Richtung reduzierte NOx-Emissionswerte resultieren.
Abgasreinigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere Vorrichtung als Ergänzung für ein Verfahren oder eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-29, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas temporär durch einen zu einem Hauptabgaszweig 2a mit mindestens einer Abgasnachbehandlungskomponente (3a, 4a) alternativen Nebenabgaszweig 2b mit ebenfalls mindestens einer weiteren Abgasnachbehandlungskomponente (3b, 4b) führbar ist, welcher für den Betrieb mit einem relativ kleinen Abgasmassenstrom ausgelegt ist, indem er ein um mindestens den Faktor 2 kleineres Volumen und/oder ein um mindestens den Faktor 2 kleinere Masse der Abgasnachbehandlungskomponenten aufweist als der Hauptabgaszweig 2a, bei zumindest temporär verbesserter Effizienz der Abgasnachbehandlung aufgrund einer mit dem Schließen oder Drosseln eines Ventils 5a im Hauptabgaszweig 2a herbeigeführten Durchströmung des Nebenabgaszweigs 2b.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass im Nebenabgaszweig 2b eine Beheizung des Abgases und/oder ein Katalysator und/oder ein Rußpartikelfilter und/oder eine Harnstoffeinspritzung vorhanden ist, und insbesondere, dass für den Nebenabgaszweig 2b Wartungsarbeiten wie Reinigungsarbeiten, Nachfüllarbeiten oder Austausch von Bauteilen vorgesehen sind.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1-31, dadurch gekennzeichnet, dass während des abgasemissionsrelevanten Eingriffs ein Ventil im Abgasstrang zumindest partiell schließt und damit den Abgasgegendruck der Brennkraftmaschine und die interne Abgasrückführrate erhöht.
Vorrichtung, insbesondere Vorrichtung für die Überwachung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-32, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor eine Messung der Konzentration eines giftigen Abgasbestandteils vornimmt, insbesondere eine Messung der Konzentration von NOx, in Kombination mit einem Frischluftmassenstromsignal oder einem Abgasmassenstromsignal der Motorsteuerung die Massenemission pro Zeiteinheit dieses Abgasbestandteils näherungsweise errechnet wird und mit weiteren Daten wie Wegstrecke oder Fahrgeschwindigkeit die Massenemission pro Fahrstrecke, insbesondere die über die Stecke seit Fahrtantritt gemittelte Massenemission in g/km, bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwert für die Massenemission pro Fahrstrecke dazu verwendet wird, die Einhaltung eines zulässigen Grenzwertes zu belegen oder zumindest soweit genutzt wird, dass ein Fahrverbot vermieden werden kann.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und einer Zertifikation der Einhaltung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte giftiger Abgase, insbesondere Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-34, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgasemissionsrelevanter Zusatzeingriff außerhalb einer ursprünglichen Zertifizierung eines Fahrzeugs vorsieht, dass ein als legale oder auch als illegale Abschaltvorrichtung bezeichenbarer und somit bereits vorhandener zertifizierungsgemäßer, abgasemissionsrelevanter Eingriff im Normalbetrieb eines zertifizierten Fahrzeugs, insbesondere eine legale Abschaltvorrichtung, die den Motor unterhalb einer vorbestimmten Umgebungstemperatur schützt, bei Fahrsituationen unter dem zertifizierten Normalbetrieb regelmäßig aktiviert ist (und somit den Motor im Normalbetrieb zertifizierungsgemäß schützt), und dass als Sonderbetriebsart die Aktivierung dieser Abschaltvorrichtung bei einer Fahrt durch ein durch ein mögliches Fahrverbot oder eine mögliche Verletzung einer gesetzlichen Immissionsvorschrift begrenztes Gebiet mit Hilfe der Auswertung von Funksignalen, insbesondere eines im Fahrzeug mitgeführten Mobiltelefons oder fahrzeugseitigen Navigationssystems, oder eines Eingriffs des Fahrers nicht erfolgt (und bei einem Umschalten von der Sonderbetriebsart in den Normalbetrieb, insbesondere nach dem Verlassen einer Fahrverbotszone, wieder erfolgen würde oder erfolgt).
Verfahren zur Immissionsminderung in Ballungsgebieten, insbesondere Verfahren unter Nutzung von Verfahrens- oder Vorrichtungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 1-35, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Überwachungseinheit mit mehreren Fahrzeugen, die in immissionskritischen Gebieten fahren, über ein Kommunikationssystem in Verbindung steht und deren Schadstoffemissionsverhalten dokumentiert und/oder mitbestimmt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-36, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur zumindest temporär nutzbaren Absenkung eines giftigen Abgases, insbesondere von NOx, NO, NO₂ oder Rußpartikeln, vorgesehen ist und in Abhängigkeit vom Fahrgebiet der Einzelfahrzeuge oder in Abhängigkeit von Immissionsmessungen aktiviert und deaktiviert wird.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-37, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasemissionen in einer ersten, in einem Normalbetrieb bevorzugten, Einstellung einer Motorsteuerung und eines Abgasnachbehandlungssystems auf einen guten Kompromiss der einzelnen Schadstoffkomponenten einschließlich des Kraftstoffverbrauchs abgestimmt sind, welcher im Wesentlichen auch der Zertifizierung zu Grunde liegt, und dass relativ hierzu in einer zweiten, für immissionskritische Randbedingungen oder Fahrgebiete bevorzugten, Sonderbetriebsart reduzierte NOx-Werte und/oder reduzierte NO₂-Werte einstellbar sind, insbesondere unter Inkaufnahme einer erhöhten Emission eines anderen Schadstoffs, insbesondere von Ruß und CO₂.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung oder eine Software zur Manipulation der Abgasemission in Abhängigkeit vom Fahrgebiet verwendet wird, welche nicht Gegenstand einer bereits erfolgten Fahrzeugzertifizierung war.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-39, dadurch gekennzeichnet, dass eine temporäre und/oder auf ein bestimmtes Fahrgebiet bezogene Begrenzung der bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit maximal abrufbaren Fahrzeugbeschleunigung oder Antriebsleistung erfolgt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-40, dadurch gekennzeichnet, dass eine temporäre und/oder auf ein bestimmtes Fahrgebiet bezogene Begrenzung der maximal abrufbaren Fahrgeschwindigkeit erfolgt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-41, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff zur temporären Schadstoffabsenkung nur an einer begrenzten Anzahl an Tagen im Jahr oder einer begrenzten Anzahl der Fahrten pro Fahrzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-42, dadurch gekennzeichnet, dass als Kommunikationssystem zur Veranlassung oder Überwachung einer nur temporär gewünschten abgasemissionsrelevanten Betriebsart ein im Fahrzeug mitgeführtes Mobilfunkgerät, insbesondere ein Mobiltelefon („Smart-Phone“) oder ein Navigationssystem („GPS-System“) nutzt.
Vorrichtung zur Steuerung und/oder Überwachung einer Sonderbetriebsart eines Fahrzeugbetriebs, insbesondere Vorrichtung zur Verwendung unter einem der Ansprüche 1-43, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Fahrzeug mitgeführtes Mobilfunkgerät, insbesondere ein Mobiltelefon („Smart-Phone“) oder ein Navigationssystem („GPS-System“) als Interface zur Steuerung und/oder zur für Behördenvertreter kontrollierbaren Dokumentation für einen lediglich an bestimmten Tagen und/oder zu bestimmten Tageszeiten und/oder in bestimmten Fahrgebieten, insbesondere in immissionskritischen Zonen einer Innenstadt, gewollten schadstoffimmissionsbezogenen Abweichung eines Fahrzeugs vom Normalbetrieb verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug für einem Normalbetrieb unter einer Zertifizierung nach einer Abgasnorm, insbesondere der europäischen Abgasnorm EURO3, EURO4, EURO5 oder EURO6, vorgesehen ist, und dass unter Berücksichtigung von Immissionsgesichtspunkten, insbesondere der Gefahr der Überschreitung gesetzlicher Immissionsgrenzwerte, am Fahrzeug ein nur temporär und/oder nur lokal gewollter emissionsrelevanter Zusatzeingriff in das Fahrzeug die Sonderbetriebsart einstellt, wobei dieser darauf abzielt, mindestens eine Zielkomponente der Immission, insbesondere die Komponente NO₂ und/oder Feinstaub, in einem begrenzten Zielgebiet oder an einer begrenzten Anzahl an Tagen abzusenken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-45, dadurch gekennzeichnet, dass diese, insbesondere das Mobilfunkgerät (z.B. Mobiltelefon oder Navigationssystem), mindestens eine der folgenden Funktionalitäten umfasst: a. Empfang und Weiterverarbeitung eines fahrzeugfern ausgesandten Funksignals zur Veranlassung der Sonderbetriebsart, welche insbesondere über den Fahrer oder einen automatischen Eingriff in die Steuerung des Fahrzeugantriebs erfolgt (z.B. Signal von einem Radiosender, einer Immissionsmessstation oder einer Bilderkennung von Fahrverbostschildern), b. visuelles Anzeigen der Verwendung der Sonderbetriebsart, insbesondere nach Ort und Zeitdauer der Verwendung und Nichtverwendung (z.B. Anzeigen für den Fahrer und die Polizei bzw. das Ordnungsamt), c. Aufzeichnen, Anzeigen oder Weiterleiten von GPS-Daten zur Dokumentation der seit Fahrtantritt oder in einem definierten Zeitraum zurückgelegten Fahrstrecke oder Fahrbereichs, d. Empfang von fahrzeugseitig verfügbaren Daten per Funk (z.B. über „Blue-Tooth“) oder über ein Datenkabel (z.B. die „OBDII-Schnittstelle“), insbesondere Empfang von Daten aus der Motorsteuerung, der Abgasanlage und/oder der Fahrzeugsteuerung, mit Aufzeichnung und Auswertung im Mobilfunkgerät und/oder Weiterleitung (per Funk, d.h. z.B. über ein Mobiltelefon) an eine fahrzeugferne Speicher- und Auswertestation, e. Umrechnung mindestens einer gemessenen Abgaskonzentration eines gesundheitsschädlichen Schadstoffs in einen Massenstrom dieses Schadstoffs (emittierte Masse/Menge pro Zeiteinheit, z. in g/s oder mol/s oder m³/s) und/oder eine emittierte Masse pro Fahrstrecke (z.B. g/km, g/mile), f. Zumindest qualitative Bewertung der Sonderbetriebsart in Bezug auf die Einhaltung eines von Dritten anerkennbaren Bewertungskriteriums zum Nachweis eines Mindestbeitrags der Sonderbetriebsart zur Senkung der Emission oder Immission mindestens eines gesundheitsschädlichen Abgases, insbesondere NOx, NO₂, Rußpartikel und/oder Feinstaub (im Mobilfunkgerät oder in einer fahrzeugfernen Speicher- und Auswertestation) g. Anzeigen eines(des) von Dritten anerkennbaren Bewertungskriteriums zum Nachweis der Wirksamkeit der Sonderbetriebsart im Fahrzeug, h. Ermitteln und Anzeigen eines (des) von dritten anerkennbaren Bewertungskriteriums in einer zertifizierten Applikation des Mobilfunkgeräts (z.B. APP eines Smart-Phones oder SMS), i. Ermitteln, Zertifizieren und Weiterverarbeiten eines (des) von dritten anerkennbaren Bewertungskriteriums in einer zertifizierten Applikation in einer fahrzeugfernen Speicher- und Auswertestation, insbesondere mit Rücksenden an das Mobilfunkgerät (Smart-Phone oder Navi) und dortigem Anzeigen für behördliche Kontrollzwecke, j. Strafverfolgung bei unzulässigem Fahrzeugbetrieb, insbesondere wegen unzulässiger Nichtverwendung oder Unwirksamkeit der Sonderbetriebsart, basierend auf den Daten einer fahrzeugfernen Speicher- und Auswertestation (z.B. über deren Betreiber und/oder den Datenzugriff einer Behörde), k. Vernetzung der Daten mehrerer Fahrzeuge in Bezug auf die Verwendung, Verwendbarkeit und/oder Wirksamkeit der jeweils verfügbaren Sonderbetriebsarten, derart, dass Fahrzeuge abwechselnd in der Sonderbetriebsart betrieben werden und/oder bei manchen Fahrzeugen die Sonderbetriebsart nur dann aktiviert wird, wenn ein Fahrzeug mit relativ wenig Emissionsverbesserung in der Sonderbetriebsart mit einem oder mehreren anderen Fahrzeugen, die momentan, insbesondere wegen vergleichsweise unkritischer Immissionslage oder wegen Übererfüllung von beispielsweise EURO6a/b durch EURO6c/d, ohne Sonderbetriebsart unterwegs sind, durch die Aktivierung der Sonderbetriebsart an diesen Fahrzeugen kompensiert werden soll. I. Vernetzung der Daten mehrerer Fahrzeuge in Bezug auf die Verwendung, Verwendbarkeit und/oder Wirksamkeit der jeweiligen Sonderbetriebsarten, derart, dass ein Emissionshandel entsteht, bei welchem für Fahrzeuge relativ schlechter Emission eine Kompensationsgebühr eingezogen wird und/oder für Fahrzeuge relativ guter Emission eine Kompensationsgebühr ausgezahlt wird, m. der Fahrer selbst sicherstellt, dass er das Fahrzeug im Rahmen der vordefinierter Randbedingungen einer Sonderbetriebsart bewegt, und ein Mobilfunkgerät (z.B. Smart-Phone oder Navi) als Interface dient, um die Einhaltung dieser Randbedingungen zu überwachen und für Dritte nachprüfbar zu machen, n. durch einen Eingriff in die Motorsteuerung einzelne Parameter des Motorbetriebs wie Drehmoment, Motorleistung, Motordrehzahl oder Luftmassenstrom temporär auf weniger als 50%, insbesondere weniger als 20%, des im Normalbetrieb einstellbaren Wertes limitiert sind, o. durch einen Eingriff in die Motor- oder Antriebssteuerung, insbesondere eine Drehmomentbegrenzung oder eine Begrenzung der Einspritzmenge pro Umdrehung, die maximal erreichbare (positive) Fahrzeugbeschleunigung temporär auf weniger als 50% des im Normalbetrieb einstellbaren Wertes limitiert ist, und insbesondere, dass dieser auf einen Wert von weniger als 1,5 m/s² limitiert ist, p. manuelle Veranlassung der Sonderbetriebsart seitens des Fahrers durch seine Fahrweise oder einen Schalter oder automatische Veranlassung durch einen Eingriff in die Steuerung des Fahrzeugbetriebs derart, dass eine Einstellung des Fahrzeugbetriebs mit einer im Vergleich zu einem Normalbetrieb besonders geringen Emission mindestens einer giftigen Verunreinigungskomponente der Umgebungsluft, insbesondere von einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine über das Abgas emittiertes NOx, NO₂ oder Rußpartikel oder von einem Fahrzeug mit beliebigem Antrieb verursachter Feinstaub, erfolgt, q. Begrenzung dieser Maßnahme auf einen bestimmten Fahrbereich, insbesondere einen Innenstadtbereich mit einem relativ hohen Wert der Immission einer giftigen Verunreinigungskomponente der Umgebungsluft, r. Begrenzung dieser Maßnahme auf Tage mit potentiell hoher Immission und/oder einem drohenden Fahrverbot, insbesondere zur Vermeidung eines Fahrverbots für einen Innenstadtbereich mit einem relativ hohen Wert der Immission einer giftigen Verunreinigungskomponente der Umgebungsluft, s. für Dritte nachprüfbare Aufzeichnung der Verwendung der Sonderbetriebsart.
Verfahren oder Vorrichtung zur Reduktion des Beitrags/Anteils eines Kraftfahrzeugs an einer möglichen Überschreitung eines gesetzlichen Grenzwertes der Immission von Feinstaub oder eines anderen gesundheitsschädlichen Abgases, insbesondere Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-46, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal mögliche Fahrzeugbeschleunigung gegenüber einem Normalbetrieb in einer immissionskritischen Fahrzone und/oder zu einem immissionskritischen Zeitpunkt, insbesondere einem immissionskritischen Tag oder Tageszeitraum, bei elektrischem Fahrbetrieb und/oder bei einem Fahrzeug mit Zertifizierung der Abgasemission nach EURO6 oder besser, um mindestens 50% begrenzt wird und/oder weniger als 1,5 m/s beträgt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-47, dass ein im Fahrzeug mitgeführtes Mobiltelefon (Smartphone) oder Navigationsgerät die Begrenzung der Beschleunigung veranlasst, steuert, anzeigt und/oder überwacht, derart, dass eine behördliche Kontrolle der Einhaltung in Zonen mit potentiellem oder tatsächlichem Fahrverbot ermöglicht wird.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1-48, dadurch gekennzeichnet, dass von einem im Fahrzeug mitgeführten Mobiltelefon oder einem Navigationssystem empfangene GPS-Signale im Hinblick auf die Vermeidung eines Fahrverbots weiterverarbeitet werden, wobei Daten der Wegstrecke und/oder des Schaltzustandes einer immissionsrelevanten Sonderbetriebsart an eine fahrzeugferne Zentrale gesandt werden, dort im Hinblick auf die Zulässigkeit der Fahrt bewertet werden, und dass die Zulässigkeit der Fahrt während der Wirksamkeit eines Fahrverbots für bestimmte Fahrzeuge von der fahrzeugfernen Zentrale für behördliche Überwachungszwecke zurück zum Fahrzeug gesendet wird und dort gegenüber Vertretern von Kontrollorganen anzeigbar ist und/oder durch Weiterleitung unzulässiger Fahrten von der fahrzeugfernen Zentrale an behördliche Stellen zur Strafverfolgung verwendbar ist.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1-49, dass das Display eines im Fahrzeug mitgeführten Mobiltelefons, Navigationssystems oder sonstigen Funkgeräts dazu verwendet wird, die Zulässigkeit einer Fahrt während der Wirksamkeit eines für bestimmte Fahrzeuge geltenden Fahrverbots zu belegen.