DE102013201947B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestatteten Dieselmotor aufweist und wobei dem Innenraum des Kraftfahrzeuges Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme zugeführt wird,dadurch gekennzeichnet, dassdiese Zufuhr von Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme während einer Startphase einer DPF-Regeneration erfolgt, wobei während dieser Startphase der Dieselmotor zwecks Erhöhung der Abgastemperatur mit verringertem Wirkungsgrad betrieben wird;wobei diese Startphase der DPF-Regeneration solange ausgedehnt wird, bis die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet; und wobei eine Zunahme der Kühlmitteltemperatur während dieser Startphase der DPF-Regeneration zur Innenraumaufwärmung genutzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug.
  • Vorrichtungen zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug beziehen üblicherweise Wärmeenergie aus der im Verbrennungsmotor erzeugten Abwärme bzw. der Abwärme des Kühlmittels. Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass mit zunehmender Wirtschaftlichkeit der Dieselmotoren die Abwärme des Kühlmittels zur Erwärmung des Fahrgastinnenraums nicht mehr ausreichend ist. Infolgedessen wird eine zusätzliche Aufheizung des Fahrgastinnenraumes vorgenommen, was wiederum eine Steigerung der Betriebskosten und zudem eine Zunahme des Gewichts sowie der Komplexität im Fahrzeugaufbau zur Folge hat.
  • Des Weiteren werden im Betrieb von Dieselmotoren, welche mit einem Dieselpartikelfilter (= DPF) ausgestattet sind, Strategien zur Erhöhung der Abgastemperatur angewendet, um eine Regeneration des Dieselpartikelfilters zu ermöglichen, wenn der Dieselpartikelfilter mit Ruß beladen ist. Zur Vorbereitung einer Regeneration des Dieselpartikelfilters wird die Abgastemperatur dadurch erhöht, dass der Motor mit geringerer Effizienz bzw. geringerem Wirkungsgrad betrieben wird, indem z. B. die Strategie in der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung entsprechend geändert wird. Anschließend wird die Abgastemperatur weiter erhöht, woraufhin schließlich eine Kraftstoffzufuhr zur Einleitung der Rußverbrennung erfolgt.
  • Grundsätzlich kann hierbei die Regeneration eines Dieselpartikelfilters im Wesentlichen in zwei Phasen unterteilt werden: In einer ersten Phase (= „Level 1“) liegt die Abgastemperatur typischerweise im Bereich von 250°C bis 450°C. Die DPF-Regeneration wird typischerweise durch Änderung der Einspritzstrategie (in Richtung eines späteren Einspritzzeitpunktes sowie einer Erhöhung der Kraftstoffzufuhr), welche zu einer höheren Abgastemperatur führt, eingeleitet. Während der zweiten Phase (= „Level 2“) findet bei einer Abgastemperatur, welche typischerweise im Bereich von 500°C bis 650 °C liegt, die eigentliche Rußverbrennung statt.
  • Aus der DE 10 2006 043 086 A1 sind ein reduktionsmittelgenerierendes System einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Systems bekannt, wobei ein die für den Betrieb des Systems notwendige Wärme erzeugendes Wärmeelement selektiv die Wärme an mindestens eine systemfremde Einrichtung, z.B. eine Innenraumheizung der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs, leitet.
  • Aus der DE 602 10 528 T2 sind u. A. eine Dieselpartikelfiltereinheit und ein Steuerungsverfahren zum Regenerieren derselben bekannt, bei denen die Abgastemperatur während des Regenerationsvorgangs durch eine Verzögerung des Vorgangs der Kraftstoffhaupteinspritzung erhöht wird.
  • Aus der EP 1 882 829 A1 ist u. a. ein Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsanlage bekannt, bei welcher eine Abgastemperaturerhöhungseinrichtung zur Erhöhung der Temperatur des Abgases mittels einer Hilfseinspritzung zu einem auf die normale Verbrennung folgenden Zeitpunkt eingesetzt wird.
  • Aus der EP 1 517 029 A2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters bekannt, bei dem eine Erhöhung der Abgastemperatur durch Verzögerung der Kraftstoffeinspritzung oder Kraftstoffnacheinspritzung unter Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff erfolgt, und wobei die Erhöhung der Abgastemperatur auf Basis der Berechnung einer effektiven Regenerationszeit gestoppt wird.
  • Aus DE 102 49 541 A1 sowie DE 10 2009 042 745 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bedarfsweisen Erhöhung der Abwärme von Brennkraftmaschinen bzw. zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs bekannt, wobei eine Variation des Verbrennungsablaufs innerhalb der Brennkraftmaschine unter Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes bewirkt und ggf. ein künstlicher Kraftstoffmehrverbrauch induziert wird. Dabei kann beispielsweise relativ zum Normalbetrieb zumindest ein Teil des Kraftstoffs vor dem oberen Totpunkt eingespritzt bzw. verbrannt werden und/oder es kann die Kühlmitteltemperatur mittels hoher EGR-Raten und/oder Ladeluftkühlerdeaktivierung angehoben werden.
  • Ferner ist aus DE 10 2008 044 742 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem in einem vorgegebenen Betriebszustand die Kühlleistung reduziert wird, um die Bildung eines schädlichen Kondensates auf Komponenten der Brennkraftmaschine zu verhindern.
  • Aus der als nächstkommender Stand der Technik angesehenen DE 196 44 402 C1 ist u.a. ein Verfahren zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums bekannt, bei welchem der Verbrennungsprozess in an sich negativer Weise - bezogen auf den Wirkungsgrad bzw. die Leistung der Brennkraftmaschine - derart verändert wird, das mehr Wärme erzeugt wird, die als zusätzliche Abwärme zum Teil an das Kühlmedium abgegeben wird. Diese zusätzlich erzeugte Abwärme wird dann über den Heizwärmetauscher der Fahrzeuginnenraumheizung zugeführt.
  • Die FR 2 874 970 A1 offenbart u.a. ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines mit einem Oxidationskatalysator versehenen Verbrennungsmotors, wobei für jeden Zylinder um den oberen Totpunkt herum eine primäre Kraftstoffeinspritzung erfolgt, und wobei während der Expansionsphase nach dem oberen Totpunkt eine erste Nacheinspritzung vor dem Erreichen einer vorgegebenen Kurbelwellenposition und eine zweite Nacheinspritzung nach dem Erreichen der vorgegebenen Kurbelwellenposition erfolgt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine wirksame Innenraumaufwärmung ohne signifikante Steigerung der Betriebskosten oder Erhöhung von Komplexität und Gewicht des Fahrzeugaufbaus ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen erläutert.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestatteten Dieselmotor aufweist und wobei dem Innenraum des Kraftfahrzeuges Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme zugeführt wird, erfolgt diese Zufuhr von Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme während einer Startphase einer DPF-Regeneration, wobei während dieser Startphase der Dieselmotor zwecks Erhöhung der Abgastemperatur mit verringertem Wirkungsgrad betrieben wird.
  • Die vorliegende Erfindung geht zunächst von der Erkenntnis aus, dass bereits in der vorstehend beschriebenen ersten Phase der DPF-Regeneration, bei der die DPF-Regeneration durch Umstellung auf eine zu einer höheren Abgastemperatur führende Einspritzstrategie (z. B. in Richtung eines späteren Einspritzzeitpunkts) eingeleitet wird, typischerweise ein mit einem Anwachsen der Abgastemperatur einhergehender, signifikanter Anstieg der Kühlmitteltemperatur stattfindet.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung insbesondere das Konzept zugrunde, eine verbesserte Aufwärmung des Fahrgastinnenraums dadurch zu erzielen, dass die o.g. erste Phase der DPF-Regeneration zum Zwecke einer zusätzlichen Aufheizung des Fahrgastinnenraums für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird, um dem Kühlmittel zusätzliche Wärme zuzuführen.
  • Das erfindungsgemäße Konzept zur zusätzlichen Erwärmung des Fahrgastinnenraums hat insbesondere den Vorteil, dass bei der Aufwärmung des Fahrgastinnenraumes zusätzliche Kosten sowie eine Steigerung des Gewichts und der Komplexität des Fahrzeugaufbaus vermieden werden, da zur Erwärmung des Fahrgastinnenraumes auf zusätzliche (Hilfs-)Vorrichtungen verzichtet werden kann. Des Weiteren kann hinsichtlich benötigter Technologien oder Vorrichtungen zur Motorsteuerung auf die bereits vorhandenen Technologien oder Vorrichtungen in der Motorsteuerung oder deren Kalibrierung, wie sie zum Zwecke der DPF-Regeneration ohnehin benötigt werden, zurückgegriffen werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Startphase der DPF-Regeneration solange ausgedehnt, bis die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Startphase der DPF-Regeneration solange ausgedehnt, bis die Abgastemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt während dieser Startphase der DPF-Regeneration die Abgastemperatur im Bereich von 250°C bis 450°C.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird diese Startphase durch eine Umstellung der Einspritzstrategie in Richtung eines Einspritzverlaufs mit späterem Einspritzzeitpunkt eingeleitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Startphase durch eine zusätzliche Kraftstoffzufuhr zur Einleitung der Rußverbrennung beendet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird während dieser Startphase die Luftzufuhr zum Motor zumindest teilweise gedrosselt.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestatteten Dieselmotor aufweist und wobei dem Innenraum des Kraftfahrzeuges Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme zugeführt wird, und wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 ein beispielhaftes Diagramm zur Darstellung der Zeitabhängigkeit von Kühlmittel- und Abgastemperatur mit oder ohne Anwendung des vorgestellten Verfahrens;
    • 2 ein beispielhaftes Diagramm der Zeitabhängigkeit von Auslasstemperatur sowie Fahrgastinnenraumtemperatur mit bzw. ohne Anwendung des vorgestellten Verfahrens; und
    • 3 ein beispielhaftes Diagramm zur Darstellung des mit Anwendung des vorgestellten Verfahrens einhergehenden Kraftstoffverbrauchs.
  • 1 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der in einem beispielhaften Testlauf erhaltenen Ergebnisse sowohl für die Kühlmitteltemperatur als auch für die Abgastemperatur mit sowie ohne Aktivierung des Verfahrens zur Innenraumaufwärmung („Level 1“-Aufheizung).
  • Hierbei zeigt Kurve „A“ den zeitlichen Verlauf der Kühlmitteltemperatur ohne die Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Innenraumaufwärmung („Level 1“-Aufheizung), Kurve „B“ zeigt den zeitlichen Verlauf der Kühlmitteltemperatur mit Aktivierung der „Level 1“-Aufheizung, Kurve „C“ den zeitlichen Verlauf der Abgastemperatur ohne die Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Innenraumaufwärmung und Kurve „D“ den zeitlichen Verlauf der Abgastemperatur mit Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Innenraumaufwärmung.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, wird infolge der „Level 1“-Aufheizung bereits nach einem Zeitraum von 10 Minuten ein Anstieg der Kühlmitteltemperatur um etwa 11 K (nämlich von 24.5 °C auf 35.75 °C) erreicht. Mit diesem Anstieg geht ferner eine signifikante Zunahme der Abgastemperatur gemäß Vergleich der Kurven „C“ und „D“ (nach einem Zeitraum von 10 Minuten von etwa 160 °C auf über 300 °C) einher, woraus sich wiederum zudem ein erhebliches Anwendungspotential für einen Abgas-Wärmetauscher ergibt, wobei die Zunahme der Abgastemperatur für eine Erhöhung der Kühlmitteltemperatur und zu einer Innenraumaufwärmung genutzt werden kann.
  • Der Einfluss der erfindungsgemäßen Aktivierung der „Level 1“-Aufheizung auf den zeitlichen Verlauf der Auslasstemperatur sowie der Innenraumtemperatur ist ebenfalls anhand eines beispielhaften Testlaufs in 2 dargestellt. So ergibt sich wiederum nach einer Zeitspanne von 10 Minuten infolge der Aktivierung der erfindungsgemäßen „Level 1“-Aufheizung ein Anstieg der Auslasstemperatur von etwa 11.6 °C auf etwa 21.4 °C. Für die Innenraumtemperatur ergibt sich nach einer Zeitspanne von 15 Minuten infolge der erfindungsgemäßen „Level 1“-Aufheizung ein Anstieg um etwa 4.9 K, nämlich von etwa 0.85 °C auf etwa 5.7 °C.
  • 3 zeigt, ebenfalls anhand eines beispielhaften Testlaufs, den Einfluss der erfindungsgemäßen „Level 1“-Aufheizung auf den Kraftstoffverbrauch. Wie aus 3 ersichtlich, steigt der Kraftstoffverbrauch bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h infolge der erfindungsgemäßen „Level 1“-Aufheizung um etwa 0.5 Liter/Stunde an.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestatteten Dieselmotor aufweist und wobei dem Innenraum des Kraftfahrzeuges Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Zufuhr von Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme während einer Startphase einer DPF-Regeneration erfolgt, wobei während dieser Startphase der Dieselmotor zwecks Erhöhung der Abgastemperatur mit verringertem Wirkungsgrad betrieben wird; wobei diese Startphase der DPF-Regeneration solange ausgedehnt wird, bis die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet; und wobei eine Zunahme der Kühlmitteltemperatur während dieser Startphase der DPF-Regeneration zur Innenraumaufwärmung genutzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Startphase der DPF-Regeneration solange ausgedehnt wird, bis die Abgastemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während dieser Startphase der DPF-Regeneration die Abgastemperatur im Bereich von 250°C bis 450°C liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Startphase durch eine Umstellung der Einspritzstrategie in Richtung eines späteren Einspritzzeitpunkts eingeleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Startphase durch eine zusätzliche Kraftstoffzufuhr zur Einleitung der Rußverbrennung beendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zunahme der Abgastemperatur während dieser Startphase der DPF-Regeneration zur Innenraumaufwärmung genutzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während dieser Startphase die Luftzufuhr zum Motor zumindest teilweise gedrosselt wird.
  8. Vorrichtung zur Innenraumaufwärmung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestatteten Dieselmotor aufweist und wobei dem Innenraum des Kraftfahrzeuges Wärmeenergie aus in dem Dieselmotor anfallender Abwärme zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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