DE102004063181A1 - Method for reducing emissions in a motor vehicle by influencing the generator power - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung von Abgaseigenschaften eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor (11), bei dem mit Hilfe eines Emissions-Management-Systems, das ein Steuergerät (1) mit einem Emissions-Management-Algorithmus (EMA) und wenigstens eine Stelleinrichtung (3-5) umfasst, die Abgaszusammensetzung und/oder die Abgastemperatur beeinflusst wird. Die Abgaswerte können optimiert und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden, wenn die Generatorleistung im Rahmen einer Emissions-Management-Maßnahme vom Emissions-Managementsystem erhöht oder gesenkt wird.The invention relates to a method for influencing exhaust gas properties of a vehicle with an internal combustion engine (11), in which by means of an emission management system, a control unit (1) with an emission management algorithm (EMA) and at least one adjusting device (3 5), the exhaust gas composition and / or the exhaust gas temperature is influenced. Emission values can be optimized and fuel consumption reduced if the generator performance is increased or decreased by the emissions management system as part of an emissions management measure.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung von Abgaseigenschaften eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.The The invention relates to a method for influencing exhaust gas properties a vehicle with an internal combustion engine according to the preamble of the claim 1, and a corresponding device according to the preamble of the claim 6th
Moderne Fahrzeuge enthalten i.d.R. ein Emissions-Minderungssystem, das dazu dient, die Emissionen, vor allem Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) im Abgas des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Die Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen werden dabei üblicherweise in "motorische Maßnahmen" und "nachmotorische Maßnahmen" bzw. „Nachbehandlungsmaßnahmen" unterschieden.Modern vehicles usually contain an emission reduction system that serves to reduce emissions, especially carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NO x ) in the exhaust gas of the internal combustion engine. The measures for reducing emissions are usually divided into "motor measures" and "post-motor measures" or "post-treatment measures".
Zu den motorischen Maßnahmen gehören beispielsweise eine lastabhängige Gemischeinstellung, die Gemischaufbereitung, die Abgasrückführung (AGR) oder die Beeinflussung der Einspritzung, etc..To the motor measures belong for example a load-dependent Mixture adjustment, mixture preparation, exhaust gas recirculation (EGR) or influencing the injection, etc.
Zu den nachmotorischen Maßnahmen gehören insbesondere die allgemein bekannten Abgaskatalysatoren, Abgas-Partikelfilter (DPF), insbesondere für Dieselfahrzeuge, sowie eine thermische Nachverbrennung der Abgase.To the post-motor measures belong in particular the well-known catalytic converters, exhaust particulate filter (DPF), especially for Diesel vehicles, as well as a thermal afterburning of the exhaust gases.
Abgaskatalysatorcatalytic converter
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Katalysatortypen, wie z.B. TWO, NSC, SOR, DOC bekannt. Bei einem Speicherkatalysator NSC (Stickstoff Speicherkatalysator) ist es notwendig, den Katalysator in regelmäßigen Abständen zu regenerieren, um eine ordnungsgemäße Funktion des Katalysators zu gewährleisten. Bei der Regenerationsprozedur wird das Gemisch üblicherweise magerer eingestellt und dadurch die NOx-Emissionen reduziert, es wird aber mehr Kraftstoff verbraucht und die CO- und HC-Emissionen steigen an. Eine Katalysator-Regeneration dauert typischerweise weniger als 5 Sekunden.Various types of catalysts, such as TWO, NSC, SOR, DOC, are known in the prior art. In a storage catalyst NSC (nitrogen storage catalyst), it is necessary to regenerate the catalyst at regular intervals to ensure proper operation of the catalyst. In the regeneration procedure, the mixture is usually made leaner, thereby reducing NO x emissions, but consuming more fuel and increasing CO and HC emissions. Catalyst regeneration typically takes less than 5 seconds.
Abgas-PartikelfilterExhaust particulate filter
Durch einen Partikelfilter DPF werden die bei der Verbrennung entstehenden Rußpartikel durch spezielle Filterstrukturen mechanisch aufgefangen. Um die ordentliche Funktion des Partikelfilters dauerhaft zu gewährleisten, muß der Filter regelmäßig regeneriert werden. Dabei wird eine Regenerationstemperatur eingestellt, die mehrere 100K über der im Normalbetrieb herrschenden Abgastemperatur liegt. Eine DPF-Regenerationsphase dauert etwa 5 bis 10 Minuten.By a DPF particulate filter will be created during combustion soot collected mechanically by special filter structures. To the to ensure proper function of the particulate filter permanently must the Filter regenerated regularly become. In this case, a regeneration temperature is set, the several 100K over the prevailing exhaust gas temperature in normal operation. A DPF regeneration phase takes about 5 to 10 minutes.
Zur Durchführung der verschiedenen Emissionsminderungs-Maßnahmen bzw. zur Regeneration von Katalysatoren oder Partikelfiltern, umfassen moderne Fahrzeuge ein Emissions-Minderungssystem, das im wesentlichen aus einem Steuergerät mit einem Emissions-Management-Algorithmus (EMA) und einer Reihe von Sensoren besteht. Im Rahmen der Emissionsminderung wirkt der EMA auf eine Reihe von Stelleinrichtungen, wie z.B. Einspritzung, Drosselklappe, ein Abgasrückführungs-Ventil, etc. ein. Alle Maßnahmen, die zum Zwecke der Emissionsminderung getroffen werden, sind normalerweise nicht drehmomentenneutral, d.h., sie verändern das Drehmoment und damit die Leistung des Verbrennungsmotors. Dies ist nicht erwünscht, da die so erzeugten Leistungsänderungen den Fahrbetrieb stören.to execution the various emission reduction measures or for the regeneration of catalysts or particulate filters modern vehicles an emission reduction system that essentially from a controller with an emission management algorithm (EMA) and a series of sensors. In the context of emission reduction the EMA acts on a series of actuators, e.g. Injection, throttle, an exhaust gas recirculation valve, etc. All measures, which are taken for the purpose of emission reduction are usually not torque neutral, that is, they change the torque and thus the power of the internal combustion engine. This is not desirable because the power changes generated in this way disturb the driving.
Zur Vermeidung von Drehmomentänderungen werden daher vom Emissions-Minderungssystem geeignete Ausgleichsmaßnahmen durchgeführt. Durch die verschiedenen Ausgleichsmaßnahmen bleibt zwar das Drehmoment im wesentlichen konstant, aber der Kraftstoffverbrauch erhöht sich und der Wirkungsgrad des Motors sinkt entsprechend.to Avoidance of torque changes Therefore, the emission reduction system will provide appropriate compensatory measures carried out. By the various compensatory measures remain Although the torque is essentially constant, but fuel consumption elevated itself and the efficiency of the engine drops accordingly.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effektivität eines Emissions-Managementsystems zu verbessern und dabei insbesondere die energetische Bilanz von Emissions-Management-Maßnahmen zu verbessern.It Therefore, the object of the present invention, the effectiveness of a Emission management system, and in particular the improve the energy performance of emissions management measures.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 6 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Is solved this task according to the invention by the specified in claim 1 and in claim 6 Characteristics. Further embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, den Betrieb des Fahrzeuggenerators als einen zusätzlichen Freiheitsgrad im Rahmen der Maßnahmen zur Emissionsminderung zu nutzen. Der Fahrzeuggenerator wird vom Verbrennungsmotor angetrieben und benötigt je nach abgegebener Generatorleistung ein mehr oder weniger starkes Drehmoment vom Verbrennungsmotor. Durch Veränderung der Generatorleistung kann somit der Generator-Drehmomentsbedarf verändert und dadurch eine Änderung des Motor-Drehmoments aufgrund von Emissions-Minderungs-Maßnahmen ausgeglichen werden. Darüber hinaus kann durch eine Veränderung der Generatorleistung bzw. die Rückwirkung auf den Verbrennungsmotor auch die chemische Zusammensetzung des Abgasstroms oder die Abgastemperatur (im folgenden Abgaseigenschaften) beeinflusst werden. Die Einbindung des Fahrzeuggenerators in das Emissions-Management hat ferner den Vorteil, dass insbesondere bei solchen Emissions-Management-Maßnahmen, bei denen das Motor-Drehmoment steigt, diese zusätzliche motorische Leistung durch entsprechende Erhöhung der Generatorleistung in elektrische Leistung gewandelt werden kann. Die im Kraftstoff gespeicherte Energie geht somit nicht verloren, sondern wird in elektrische Energie umgewandelt und z.B. in einer Batterie gespeichert.An essential concept of the invention is to use the operation of the vehicle generator as an additional degree of freedom in the context of emission reduction measures. The vehicle generator is driven by the internal combustion engine and requires more or less strong torque from the internal combustion engine depending on the generator output. Thus, by varying the generator power, the generator torque demand can be varied, thereby compensating for a change in engine torque due to emission reduction measures. In addition, the chemical composition of the exhaust gas flow or the exhaust gas temperature (hereinafter exhaust gas properties) can be influenced by a change in the generator power or the reaction to the internal combustion engine. The integration of the vehicle genes In addition, in the case of emission management measures in which the engine torque increases, this additional engine power can be converted into electrical power by a corresponding increase in the generator power. The stored energy in the fuel is thus not lost, but is converted into electrical energy and stored for example in a battery.
Die
erfindungsgemäße Einbindung
des Fahrzeuggenerators in das Emissions-Managementsystem ermöglicht eine
Vielzahl von Applikationen, von denen einige im Folgenden aufgeführt werden:
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung wird in einem Regenerationsprozess für einen
Speicherkatalysator (NSC) die Generatorleistung erhöht. Bei
einer Speicherkatalysator-Regeneration wird üblicherweise die Einspritzmenge
der Haupteinspritzung über
mehrere Sekunden erhöht,
wobei die Luftzahl (lamda) sinkt. Dies bedeutet jedoch gleichzeitig einen
Kraftstoffmehrverbrauch und eine Steigerung des Motor-Drehmoments.
Durch eine entsprechende Erhöhung
der Generatorleistung kann dieses Motor-Drehmoment teilweise kompensiert
werden. Die dadurch erzeugte zusätzliche
elektrische Energie kann z.B. in einer Batterie oder einem anderen
elektrischen Speicher gespeichert werden. Die elektrische Energie
kann danach z.B. in einer nachfolgenden Magerphase des Verbrennungsmotors
zum Betrieb elektrischer Verbraucher genutzt und die Generatorleistung
entsprechend reduziert werden. Dadurch kann in der folgenden Magerphase
Kraftstoff eingespart werden.The inventive integration of the vehicle generator in the emission management system allows a variety of applications, some of which are listed below:
According to a first embodiment of the invention, the generator output is increased in a regeneration process for a storage catalytic converter (NSC). In a storage catalyst regeneration usually the injection quantity of the main injection is increased over several seconds, the air ratio (lambda) decreases. However, this means at the same time more fuel consumption and an increase of the engine torque. By a corresponding increase in the generator power of this engine torque can be partially compensated. The additional electrical energy generated thereby can be stored for example in a battery or other electrical storage. The electrical energy can then be used for example in a subsequent lean phase of the internal combustion engine for the operation of electrical consumers and the generator power can be reduced accordingly. As a result, fuel can be saved in the following lean phase.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Generatorleistung in einem Regenerationsprozess für einen Abgas-Partikelfilter erhöht. Partikelfilter werden unter anderem durch eine angelagerte Späteinspritzung regeneriert, wodurch die Abgastemperatur steigt und die eingelagerte Rußmasse verbrannt wird. Durch die zusätzliche Späteinspritzung steigt auch der Kraftstoffverbrauch während der Partikelfilter-Regeneration für eine Dauer von etwa 5 bis 10 Minuten. Das zusätzliche Motor-Drehmoment kann wiederum durch Einstellung einer höheren Generatorleistung kompensiert werden. Die dadurch gewonnene elektrische Energie wird vorzugsweise wiederum gespeichert.According to one second embodiment The invention relates to generator power in a regeneration process for one Exhaust particulate filter increased. Particulate filters are among other things by an attached late injection regenerates, whereby the exhaust gas temperature rises and the stored soot mass burned becomes. Due to the additional late injection also increases the fuel consumption during the particle filter regeneration for one Duration of about 5 to 10 minutes. The extra engine torque can again compensated by setting a higher generator power become. The electrical energy gained thereby is preferably stored again.
Die Generatorleistung kann z.B. durch direkte Ansteuerung eines Generatorreglers oder durch Ansteuerung eines Energie-Managementsystems variiert werden, das dann verschiedene Maßnahmen einleiten kann, die die Generatorleistung beeinflussen, wie z.B. das Zu- oder Abschalten von Verbrauchern. Das Emissions-Management-System weist zu diesem Zweck vorzugsweise eine Schnittstelle zu einem Energie-Managementsystem auf.The Generator power can e.g. by direct control of a generator controller or varied by driving an energy management system that then introduce various measures can affect the generator power, such. the zu- or Switching off consumers. The emission management system points For this purpose, preferably an interface to an energy management system on.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird die Generatorleistung in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs reduziert und die AGR-Rate (AGR: Abgasrückführung) entsprechend erhöht. Im stationären Fahrbetrieb eines Fahrzeugs wird üblicherweise eine hohe AGR-Rate eingestellt, um damit die NOx-Emissionen zu reduzieren. In Beschleunigungsphasen muß dagegen die AGR-Rate gesenkt werden, damit genügend Sauerstoff für eine zusätzliche Kraftstoffverbrennung zur Verfügung steht. Wenn in einer solchen Beschleunigungsphase die Belastung des Verbrennungsmotors durch den Fahrzeuggenerator reduziert wird, kann gleichzeitig eine vergleichsweise höhere AGR-Rate gefahren und dadurch NOx-Emissionen reduziert werden.According to a third embodiment of the invention, the generator power is reduced in an acceleration phase of the vehicle and the EGR rate (EGR: exhaust gas recirculation) is increased accordingly. In steady state vehicle operation, a high EGR rate is usually set to reduce NO x emissions. In acceleration phases, on the other hand, the EGR rate must be lowered so that sufficient oxygen is available for additional fuel combustion. If in such an acceleration phase the load of the internal combustion engine is reduced by the vehicle generator, at the same time a comparatively higher EGR rate can be driven and thereby NO x emissions can be reduced.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird die Generatorleistung in einer Kaltstartphase oder in Phasen mit geringer Abgastemperatur, wie z.B. längeren Schubphasen, erhöht, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Bei zu geringer Abgastemperatur sinkt der Wirkungsgrad eines Abgas-Katalysators. Durch die zusätzliche Belastung des Verbrennungsmotors durch den Fahrzeuggenerator wird mehr Kraftstoff verbraucht und das Abgas erwärmt sich schneller. Dadurch verkürzt sich die Kaltstartphase oder Phasen mit geringer Abgastemperatur.According to one fourth embodiment The invention is the generator power in a cold start phase or in phases of low exhaust gas temperature, e.g. longer deceleration phases, elevated, to increase the exhaust gas temperature. If the exhaust gas temperature is too low, the efficiency of an exhaust gas catalyst decreases. By the extra Burden of the internal combustion engine by the vehicle generator is more Fuel is consumed and the exhaust gas heats up faster. Thereby shortened the cold start phase or phases with low exhaust gas temperature.
Gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird die Generatorleistung in der Kaltstartphase erhöht, um die HC- und CO-Emissionen des Verbrennungsmotors zu reduzieren. In der Kaltstartphase ist die Motortemperatur geringer als im Normalbetrieb, wodurch die HC- und CO-Emissionen des Verbrennungsmotors ansteigen. Wird in der Kaltstartphase die Generatorleistung und damit die Drehmomentsanforderung an den Verbrennungsmotor erhöht, kann die Kaltstartphase entsprechend verkürzt werden.According to one fifth embodiment the invention, the generator power is increased in the cold start phase to the HC and CO emissions of the internal combustion engine. In the cold start phase is the engine temperature is lower than in normal operation, whereby the HC and CO emissions of the internal combustion engine increase. Will in the Cold start phase the generator power and thus the torque request increased to the internal combustion engine, the cold start phase can be shortened accordingly.
Ein Emissions-Managementsystem, mit dem die vorstehend beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, umfasst ein Steuergerät mit einem Emission-Management-Algorithmus und wenigstens einer mit dem Steuergerät verbundenen Stelleinrichtung, mittels der die chemische Abgaszusammensetzung und/oder Abgastemperatur beeinflusst werden kann. In diesem System ist ferner ein Generator mit einem Generatorregler eingebunden, der vom Steuergerät gesteuert werden kann, so dass die Generatorleistung im Rahmen eines Emissions-Managements erhöht oder gesenkt werden kann.One Emissions Management System, with which the above Procedure performed can be includes a controller with an emission management algorithm and at least one with the control unit connected adjusting device, by means of the chemical exhaust gas composition and / or exhaust gas temperature can be influenced. In this system Furthermore, a generator is integrated with a generator controller, the from the control unit can be controlled, so that the generator power under a Emissions management increased or can be lowered.
Vor einer Veränderung der Generatorleistung kommuniziert das Emissions-Managementsystem vorzugsweise mit einem Energie-Managementsystem, das zur Verwaltung der elektrischen Leistung in einem elektrischen Netz dient. Dadurch können die Anforderungen des Emissions-Managementsystems mit dem Energie-Managementsystem abgestimmt werden. Somit ist es z.B. möglich, dass das Energie-Managementsystem eine Anforderung zur Erhöhung der Generatorleistung ablehnt, wenn der Generator voll ausgelastet ist, oder eine bereits vollständig geladene Batterie vorliegt.Prior to a change in generator power, the emission management system preferably communicates with a power management system that serves to manage electrical power in an electrical grid. This allows the Requirements of the emission management system with the energy management system are coordinated. Thus, it is possible, for example, that the energy management system rejects a request to increase the generator power when the generator is at full capacity, or an already fully charged battery is present.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be exemplified below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:
Das
Emissions-Managementsystem
Das
Steuergerät
Der
Generator kann beispielsweise dazu genutzt werden, eine höhere Motorleistung
bzw. ein höheres
Motordrehmoment zu kompensieren, das durch die Ausführung von
Emissions-Management-Maßnahmen
entstehen würde.
Dabei wird gleichzeitig die im Kraftstoff enthaltene Energie teilweise
in elektrische Energie gewandelt. Wenn die elektrische Energie gespeichert
oder genutzt wird, kann dadurch im zeitlichen Mittel Kraftstoff
eingespart werden. Außerdem
kann der Generator
Das
Steuergerät
Die erfindungsgemäße Einbindung des Fahrzeuggenerators in das Emissions-Managementsystem ermöglicht eine Vielzahl von Applikationen, wie sie beispielhaft in der Beschreibungseinleitung aufgeführt sind.The Integration according to the invention the vehicle generator in the emission management system allows a Variety of applications, as they are exemplified in the introduction to the description.
Im
Rahmen von Emissions-Management-Maßnahmen wird die Generatorleistung
je nach Applikation vom Steuergerät
Die
Ansteuerung des Generators
Die
Algorithmen EMA und EEM der beiden Steuergeräte
- 11
- EMS-SteuergerätEMS control unit
- 22
- EEM-SteuergerätEEM control unit
- 33
- Drosselklappethrottle
- 44
- Einspritzunginjection
- 55
- AbgasrückführungExhaust gas recirculation
- 66
- Verbraucherconsumer
- 77
- Generatorgenerator
- 88th
- Batteriebattery
- 99
- Kommunikationsleitungcommunication line
- 1010
- Steuerleitungcontrol line
- 1111
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1212
- steuerbarer Schaltercontrollable switch
- 1313
- Generatorreglerregulator
- 1414
- Bordnetzboard network
- BSSBSS
- Bit-synchrone SchnittstelleBit synchronous interface
- EMAEMA
- Emissions-Management-AlgorithmusEmission management algorithm
- EEMEEM
- elektrisches Energie-Managementelectrical Energy Management
- CANCAN
- Busbus
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Effective date: 20111107 |
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R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20140219 |