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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug zur Ausführung des Betriebsverfahrens.
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Im Stand der Technik ist beispielsweise aus der
DE 102013111110 A1 bekannt, dass Motoren mit Abgasrückführungssystemen konfiguriert werden können, um zumindest einen Teil des Abgases von einer Motorauslasspassage zu einer Motoransaugpassage umzuleiten. Mittels Abgasrückführung (AGR) können Motorpumparbeiten sowie NOx-Emissionen reduziert werden. So bedingt die Abgasrückführung bei Drosselarbeitsbedingungen, dass die Drossel für die gleiche Motorlast in einem größeren Ausmaß geöffnet wird. Durch Reduzieren der Drosselung des Motors können Pumpverluste reduziert werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Ferner kann mit der Abgasrückführung die Verbrennungsflammtemperatur reduziert werden, was eine während der Verbrennung generierte NOx-Menge reduziert.
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Die
DE 102011101079 A1 zeigt ein Verfahren zur Regeneration von NOx-Speicherkatalysatoren von Dieselmotoren mit Niederdruck-AGR. Insbesondere bezieht sich die
DE 102011101079 A1 auf die Regeneration von Stickoxid-Speicherkatalysatoren während besonderer Fahrsituationen des Fahrzeugs.
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Die
DE 102008015600 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, wobei Abgas über einen Partikelfilter, insbesondere einen Dieselpartikelfilter, in eine Abgasanlage geleitet, für eine Niederdruckabgasrückführung (Niederdruck-AGR) stromab des Dieselpartikelfilters Abgas aus der Abgasanlage abgezweigt und stromauf eines Verdichters eines Abgasturboladers einer Frischluftanlage über ein Niederdruck-AGR-Ventil zugeführt wird, wobei ferner für eine Hochdruckabgasrückführung (Hochdruck-AGR) Abgas stromauf einer Turbine des Abgasturboladers aus der Abgasanlage abgezweigt und stromab des Verdichters der Frischluftanlage über ein Hochdruck-AGR-Ventil zugeführt wird. Hierbei wird während einer Regeneration des Partikelfilters das Hochdruck-AGR-Ventil vollständig geschlossen und das Niederdruck-AGR-Ventil wenigstens teilweise geöffnet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Parameter für zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung einfacher beeinflussen und die Abgasnachbehandlungseinrichtung damit besser steuern zu können.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Betriebsverfahren nach Anspruch 1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Zuluftstrang, einem Abgasstrang, einem in dem Abgasstrang angeordneten Partikelfilter, einem Injektor, der ausgebildet ist, Kraftstoff in eine Brennkammer des Motors oder in den Abgasstrang einzubringen, einem Niederdruck-Abgasrückführungsstrang, der ausgebildet ist, Abgas aus dem Abgasstrang von einer stromabwärts des Partikelfilters angeordneten Niederdruck-Abgasentnahmestelle an eine in dem Zuluftstrang angeordnete Niederdruck-Abgaseinleitstelle zu leiten, und einem Hochdruck-Abgasrückführungsstrang, der ausgebildet ist, Abgas aus dem Abgasstrang von einer stromaufwärts des Partikelfilters angeordneten Hochdruck-Abgasentnahmestelle an eine in dem Zuluftstrang angeordnete Hochdruck-Abgaseinleitstelle zu leiten, wird zur Steuerung des Partikelfilters, wenn in einer Partikelfilterprüfung durch Abgleichen zumindest eines Partikelfilter-Istwerts mit einem Partikelfilter-Sollwert ein Bedarf einer Maßnahme festgestellt wird, in einer Maßnahmendurchführung die Maßnahme durchgeführt, wobei in der Partikelfilterprüfung ein Sauerstoffanteil im Abgas oder eine Partikelfiltertemperatur betrachtet wird und wobei die Maßnahme umfasst, dem Motor während eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeugs Ladungsgas, das zurückgeführtes Abgas enthält, zuzuführen.
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Die Bezeichnungen Hochdruck (HD) und Niederdruck (ND) sollen hierbei lediglich der Zuordnung der Komponenten entsprechend der allgemein bekannten Nomenklatur bei Abgasrückführungssystemen dienen und keine Einschränkung bezüglich eines Drucks darstellen. Dabei sind die mit Niederdruck bezeichneten Komponenten einem als Niederdruckabgasrückführung bekannten System und die mit Hockdruck bezeichneten Komponenten einem als Hochdruckabgasrückführung bekannten System zugeordnet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren ist vorteilhaft eine Möglichkeit geschaffen, die Betriebsbedingungen des Partikelfilters und gegebenenfalls weiterer Abgasnachbehandlungseinrichtungen zu beeinflussen. Die gewünschte Beeinflussung ergibt sich dabei entweder direkt während des Betriebsverfahrens oder auch unmittelbar nachdem das Kraftfahrzeug aus dem Schubbetrieb in einen Fahrbetrieb zurückgekehrt ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren werden der Partikelfilter und gegebenenfalls weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen innerhalb von vordefinierten Parametern gehalten oder in diese gebracht, in denen die Abgasnachbehandlungseinrichtungen optimal funktionieren und keinen Schaden nehmen. Insbesondere wird verhindert, dass im Partikelfilter ein unkontrollierter Abbrand des Rußes entstehen kann. Der Partikelfilter wird damit vor einer Überhitzung bewahrt.
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Mit der Überprüfung des Sauerstoffanteils im Abgas kann ermittelt werden, ob ein unkontrollierter Rußabbrand droht. Überschreitet der Partikelfilter-Istwert für den Sauerstoffanteil einen Partikelfilter-Sollwert, kann beispielsweise die Abgaszusammensetzung durch eine Kraftstoffeinbringung verändert und der Sauerstoffanteil verringert werden. Es ist zudem möglich mittels der HD-Abgasrückführung dahingehend Einfluss zu nehmen, dass der Massenstrom des Abgases durch den Partikelfilter, der stromab der HD-Abgasentnahmestelle positioniert ist, verringert wird. Dadurch wird zumindest teilweise vermieden, dass das sauerstoffreiche Abgas zum Partikelfilter gelangt.
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Mit der Überprüfung der Partikelfiltertemperatur kann ermittelt werden, ob dem Partikelfilter eine Überhitzung droht. Überschreitet der Partikelfilter-Istwert für die Temperatur einen Partikelfilter-Sollwert, kann beispielsweise durch Kühlung des Ladungsgases und/oder des zurückgeführten ND-Abgases kühleres Abgas zum Partikelfilter geleitet werden. Zudem ist es möglich, den heißen Ruß im Partikelfilter mittels eingebrachten Kraftstoffs abzukühlen bis hin zur Beendigung der Regeneration.
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In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird das Ladungsgas zumindest zum Teil aus zurückgeführtem Niederdruck-Abgas und/oder zurückgeführtem Hochdruck-Abgas gebildet. Insbesondere wird dem Motor während des Schubbetriebs Ladungsgas, das komplett aus zurückgeführtem Abgas gebildet ist, zugeführt.
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Damit wird der aus der Frischluft stammende Sauerstoff verringert. Es kann ein Überangebot an Sauerstoffmolekülen im Abgas vermieden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird als Maßnahme gleichzeitig Kraftstoff in den Motor oder in den Abgasstrang eingebracht.
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Mit der Einbringung des Kraftstoffs während der Maßnahme wird die Abgaszusammensetzung beeinflusst. Ein fetteres Abgas, das unverbrannte Kohlenwasserstoffe aufweist, kann erzeugt werden. Der Kraftstoff kann dabei insbesondere in einer Nacheinspritzung in die Brennkammer des Motors oder in den Abgasstrang eingebracht werden insbesondere stromabwärts der HD-Abgasentnahmestelle.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens werden das Ladungsgas und/oder das zurückgeführte Niederdruck-Abgas gekühlt. Insbesondere, wenn der Partikelfilter-Istwert für die Partikelfiltertemperatur größer ist als der Partikelfilter-Sollwert für die Partikelfiltertemperatur.
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Durch Kühlen des Ladungsgases und/oder des zurückgeführten ND-Abgases kann die Temperatur des Partikelfilters unterhalb einer oberen Schwelle gehalten werden. Die Temperaturen des Partikelfilters und gegebenenfalls weiterer Abgasnachbehandlungseinrichtungen können somit vorteilhaft nach oben begrenzt werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist geeignet, das erfindungsgemäße Betriebsverfahren durchzuführen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst dazu einen Motor, einen Zuluftstrang, einen Abgasstrang, einen in dem Abgasstrang angeordneten Partikelfilter, einen Niederdruck-Abgasrückführungsstrang, der ausgebildet ist, Abgas aus dem Abgasstrang von einer stromabwärts des Partikelfilters angeordneten Niederdruck-Abgasentnahmestelle an eine in dem Zuluftstrang angeordnete Niederdruck-Abgaseinleitstelle zu leiten, und einen Hochdruck-Abgasrückführungsstrang, der ausgebildet ist, Abgas aus dem Abgasstrang von einer stromaufwärts des Partikelfilters angeordneten Hochdruck-Abgasentnahmestelle an eine in dem Zuluftstrang angeordnete Hochdruck-Abgaseinleitstelle zu leiten. Erfindungsgemäß umfasst das Kraftfahrzeug zumindest ein dem Niederdruck-Abgasrückführungsstrang zugeordnetes Ventil und ein dem Hochdruck-Abgasrückführungsstrang zugeordnetes Hochdruck-Ventil, eine Partikelfilterwerterfassungseinheit, eine Kraftfahrzeugwerterfassungseinheit sowie eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, einen Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs zu erkennen und die Ventile während des Schubbetriebs in der Weise zu stellen, dass dem Motor Ladungsgas, das zurückgeführtes Abgas aufweist, zuführbar ist. Der Partikelfilter kann dabei ein SDPF (SCR-Diesel-Partikel-Filter), ein CDPF (Catalysed DPF) oder ein ADPF (Additive DPF) sein. SCR steht hier für Selektive Katalytische Reduktion.
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Damit ist vorteilhaft ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit welchem es ermöglicht ist, sowohl eine ND-Abgasrückführung als auch eine HD-Abgasrückführung während eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeugs vorzunehmen und dadurch Einfluss auf die Betriebsparameter des Partikelfilters und gegebenenfalls weiterer Abgasnachbehandlungseinrichtungen zu nehmen.
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Um vorteilhaft zusätzlich eine Einbringung von Kraftstoff in eine Brennkammer des Motors oder in den Abgasstrang zu ermöglichen, weist das Kraftfahrzeug insbesondere einen Injektor auf, der hierfür ausgebildet ist. Die Steuereinheit ist ausgebildet, den Injektor zu betätigen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist das Kraftfahrzeug einen im ND-Abgasrückführungsstrang angeordneten Abgaskühler und einen Abgaskühlerbypass, der ausgebildet ist, zurückgeführtes ND-Abgas um den Abgaskühler herum zu leiten, auf.
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Mit dem Abgaskühler ist es ermöglicht, die Temperatur des zurückgeführten ND-Abgases nach oben zu begrenzen. Mit dem Kühlen des zurückgeführten ND-Abgases, was stromaufwärts eines im Zuluftstrang angeordneten Verdichters geschieht, wird der Verdichter davor bewahrt durch zu heißes zurückgeführtes Abgas Schaden zu nehmen.
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Mit dem Abgaskühlerbypass ist es ermöglicht, das zurückgeführte ND-Abgas um den Abgaskühler herum zu leiten und das zurückgeführte ND-Abgas vom Einfluss des Abgaskühlers bei Bedarf auszunehmen.
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Ist der Partikelfilter-Istwert für die Partikelfiltertemperatur kleiner als der Partikelfilter-Sollwert kann der Massenstrom des zurückgeführten Abgases beziehungsweise des Ladungsgases auch an den Kühlern vorbeigeleitet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist das Kraftfahrzeug einen im Zuluftstrang stromabwärts der ND-Abgaseinleitstelle angeordneten Ladeluftkühler und einen Ladeluftkühlerbypass, der ausgebildet ist, Ladungsgas um den Ladeluftkühler herum zu leiten, auf.
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Mit dem Ladeluftkühler ist es ermöglicht, die Temperatur des Ladungsgases nach oben zu begrenzen. Mit dem Ladeluftkühlerbypass ist es ermöglicht, das Ladungsgas um den Ladeluftkühler herum zu leiten und das Ladungsgas vom Einfluss des Ladeluftkühlers auszunehmen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist es ermöglicht, die ND-Abgasrückführung und die HD-Abgasrückführung mit einer Einspritzung von Kraftstoff zu kombinieren und Einfluss auf die Zusammensetzung des Abgasstroms auch während eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeugs zu nehmen.
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Ausgestaltungs- und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer ersten beispielhaften Ausgestaltung;
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2 das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug in Ausübung eines erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in einer ersten beispielhaften Ausführung;
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3 das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug in Ausübung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in einer zweiten beispielhaften Ausführung;
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4 das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug in einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung in Ausübung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in einer dritten beispielhaften Ausführung; und
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5 das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in einem Flussdiagramm.
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In den 1 bis 4 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in beispielhaften Ausgestaltungen dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Motor 11 auf, der ein Verbrennungsmotor ist. Wie es üblich ist, ist das Kraftfahrzeug 10 mit einem Zuluftstrang 12, der ausgebildet ist, Ladungsgas 35 zum Motor 11 zu leiten, und einem Abgasstrang 13, der ausgebildet ist Abgas 36 vom Motor 11 weg zu leiten, versehen.
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Das gezeigte Kraftfahrzeug 10 ist ausgebildet sowohl eine Niederdruck-(ND-)Abgasrückführung als auch eine Hochdruck-(HD-)Abgasrückführung zu betreiben. Dazu weist das Kraftfahrzeug 10 einen ND-Abgasrückführungsstrang 19 und einen HD-Abgasrückführungsstrang 45 auf.
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Der ND-Abgasrückführungsstrang 19 ist mit dem Abgasstrang 13 an einer ND-Abgasentnahmestelle 24 und mit dem Zuluftstrang 12 an einer ND-Abgaseinleitstelle 25 gekoppelt. Mit dem ND-Abgasrückführungsstrang 19 ist eine ND-Schleife ausgebildet, die von der ND-Abgasentnahmestelle 24 im Abgasstrang 13 über den ND-Abgasrückführungsstrang 19 zur ND-Abgaseinleitstelle 25 im Zuluftstrang 12 und über den Motor 11 wieder zur ND-Abgasentnahmestelle 24 führt. Der ND-Abgasrückführungsstrang 19 ist ausgebildet, nach dem ND-Abgasrückführungsprinzip zumindest einen Teil des durch den Abgasstrang 13 strömenden Abgases 36 zu dem Zuluftstrang 12 zu leiten. Dieser Teil ist hier als zurückgeführtes ND-Abgas 37 bezeichnet. Der übrige Teil ist hier als abgegebenes Abgas 38 deklariert.
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Der HD-Abgasrückführungsstrang 45 ist mit dem Abgasstrang 13 an einer HD-Abgasentnahmestelle 46 und mit dem Zuluftstrang 12 an einer HD-Abgaseinleitstelle 47 gekoppelt. Mit dem HD-Abgasrückführungsstrang 45 ist eine HD-Schleife innerhalb der ND-Schleife ausgebildet. Die HD-Schleife führt von der HD-Abgasentnahmestelle 46 im Abgasstrang 13 über den HD-Abgasrückführungsstrang 45 zur HD-Abgaseinleitstelle 47 im Zuluftstrang 12 und über den Motor 11 wieder zur HD-Abgasentnahmestelle 46. Der HD-Abgasrückführungsstrang 19 ist ausgebildet, nach dem HD-Abgasrückführungsprinzip zumindest einen Teil des durch den Abgasstrang 13 strömenden Abgases 36 zu dem Zuluftstrang 12 zu leiten. Dieser Teil ist hier als zurückgeführtes HD-Abgas 49 bezeichnet.
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Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere in der Weise ausgebildet, dass der gesamte Massenstrom des Abgases 36 durch den ND-Abgasrückführungsstrang 19 und/oder zumindest teilweise durch den HD-Abgasrückführungsstrang 45 zu dem Zuluftstrang 12 zurückgeführt werden kann. Die Summe der Massenströme des zurückgeführten HD-Abgases 49 und des zurückgeführten ND-Abgases 37 ist dabei gleich dem Massenstrom des Abgases 36. Der Massenstrom des abgeleiteten Abgases 38 beträgt hier Null. Das Abgas 36 zirkuliert durch die Schleifen. In dieser Weise ist das Kraftfahrzeug 10 in den 2 bis 4 dargestellt.
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Das Ladungsgas 35 ist während eines Normalbetriebs mit Abgasrückführung, dargestellt in der 1, grundsätzlich aus Frischluft 30 und zurückgeführtem ND-Abgas 37 und/oder zurückgeführtem HD-Abgas 49 in unterschiedlichen Verhältnissen erzeugbar. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug 10 in der Weise ausgebildet, das Ladungsgas 35 zu 100 % aus zurückgeführten Abgasen 37, 49 zu bilden. Der Massenstrom des Ladungsgases 35 ist dabei gleich der Summe der Massenströme der zurückgeführten Abgase 37, 49. Der Massenstrom der Frischluft 30 beträgt dabei Null. In dieser Weise ist das Kraftfahrzeug 10 in den 2 bis 4 dargestellt.
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Zum Einstellen des Verhältnisses von Frischluft 30 und zurückgeführten Abgasen 37, 49 in dem Ladungsgas 35 weist das Kraftfahrzeug 10 wenigstens ein dem ND-Abgasrückführungsstrang 19 zugeordnetes Ventil 26, 32, 33 und ein dem HD-Abgasrückführungsstrang 45 zugeordnetes HD-Ventil 48 auf. In der in den 1 bis 3 dargestellten Variante weist das Kraftfahrzeug 10 ein Kombinationsventil 26 im Zuluftstrang 12 als dem ND-Abgasrückführungsstrang 19 zugeordnetes Ventil auf. In der 4 ist eine alternative Ausgestaltung dargestellt, bei der das Kraftfahrzeug 10 eine Einlassdrosselklappe 32 im Zuluftstrang 12 und eine Auslassdrosselklappe 33 im Abgasstrang 13 als dem ND-Abgasrückführungsstrang 19 zugeordnete Ventile aufweist.
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Das Kombinationsventil 26 ist im Zuluftstrang 12 an der ND-Abgaseinleitstelle 25 angeordnet. Das Kombinationsventil 26 ist ausgebildet sowohl den ND-Abgasrückführungsstrang 19 für ein Durchströmen von zurückgeführtem ND-Abgas 37 in verschiedenen Graden freizugeben beziehungsweise zu sperren als auch den Zuluftstrang 12 für ein Einströmen von Frischluft 30 in verschiedenen Graden freizugeben beziehungsweise zu sperren. In Abhängigkeit der Stellung des Kombinationsventils 26 sind die Massenstromanteile der Frischluft 30 und des zurückgeführten ND-Abgases 37 in dem Massenstrom des Ladungsgases 35 variierbar.
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Die Einlassdrosselklappe 32 ist im Zuluftstrang 12 stromaufwärts der ND-Abgaseinleitstelle 25 angeordnet. Die Einlassdrosselklappe 32 ist ausgebildet, den Zuluftstrang 12 für ein Einströmen von Frischluft 30 in verschiedenen Graden freizugeben beziehungsweise zu sperren. In Abhängigkeit der Stellung der Einlassdrosselklappe 32 ist der Massenstrom der Frischluft 30 variierbar.
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Die Auslassdrosselklappe 33 ist im Abgasstrang 13 stromabwärts der ND-Abgasentnahmestelle 24 angeordnet. Die Auslassdrosselklappe 33 ist ausgebildet, den Abgasstrang 13 für ein Ausströmen von abgegebenem Abgas 38 in verschiedenen Graden freizugeben beziehungsweise zu sperren. In Abhängigkeit der Stellung der Auslassdrosselklappe 33 ist der Massenstrom des abgegebenen Abgases 38 variierbar.
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Das HD-Ventil 48 ist im Zuluftstrang 12 an der HD-Abgaseinleitstelle 46 angeordnet. Das HD-Ventil 48 ist ausgebildet den HD-Abgasrückführungsstrang 45 für ein Durchströmen von zurückgeführtem HD-Abgas 49 in verschiedenen Graden freizugeben beziehungsweise zu sperren. In Abhängigkeit der Stellung des HD-Ventils 48 ist der Massenstromanteil des zurück-geführten HD-Abgases 49 in dem Massenstrom des Ladungsgases 35 variierbar.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist bevorzugt mehrere Abgasnachbehandlungseinrichtungen auf. So umfasst das Kraftfahrzeug 10 zumindest einen Partikelfilter 22. Der Partikelfilter 22 kann mit einer SCR-Beschichtung versehen oder auch ein SCR-Katalysator sein. SCR steht dabei, wie es bekannt ist, für Selektive Katalytische Reduktion. Der SCR-Katalysator kann in bekannter Manier als passives System hinter einem NOx-Speicher-Katalysator, der unter bestimmten Umständen Ammoniak (NH3) produziert oder als aktives System mit einem Harnstofflösungsinjektor 69 ausgebildet sein. Der Harnstofflösungsinjektor 69 kann ebenso ausgebildet sein, anstelle der Harnstofflösung, aus der im Abgas 36 Ammoniak gebildet wird, auch einen anderen Stoff einzubringen, der im SCR-Katalysator ein Reduktionsmittel zur Verfügung stellt oder dieses selbst ist, insbesondere Ammoniak. Zudem umfasst das Kraftfahrzeug 10 insbesondere eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 23. Der Partikelfilter 22 und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 sind im Abgasstrang 13 stromaufwärts der ND-Abgasentnahmestelle 24 und stromabwärts der HD-Abgasentnahmestelle 46 angeordnet. Der Partikelfilter 22 und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 können auch in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Zudem kann das Kraftfahrzeug 10 weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen aufweisen. In der gezeigten Ausgestaltung umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung 40, welche hier stromabwärts der ND-Abgasentnahmestelle 24 angeordnet ist.
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Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 kann ein Oxidationskatalysator oder ein Stickoxidadsorber sein, der auch als Adsorber mit Konvertierungsfunktion ausgestaltet sein kann. Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 ist hier stromaufwärts des Partikelfilters 22 angeordnet.
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In der gezeigten Ausgestaltung ist das Kraftfahrzeug 10 ferner mit einem Turbolader 14 versehen. Dieser umfasst einen im Zuluftstrang 13 angeordneten Verdichter 15, der in bekannter Manier von einer im Abgasstrang 13 angeordneten Abgasturbine 16 antreibbar ist. Die Abgasturbine 16 ist dabei stromaufwärts der ND-Abgasentnahmestelle 24 und stromaufwärts des Partikelfilters 22 sowie der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 angeordnet. Die Abgasturbine 16 ist ferner stromabwärts der HD-Abgasentnahmestelle 46 angeordnet.
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Das Kraftfahrzeug 10 umfasst insbesondere einen Ladeluftkühler 18 zum Kühlen des Ladungsgases 35. Der Ladeluftkühler 18 ist im Zuluftstrang 12 stromabwärts des Verdichters 15 und stromaufwärts der HD-Abgaseinleitstelle 47 angeordnet. Ferner kann das Kraftfahrzeug 10 einen Ladeluftkühlerbypass 17 umfassen, der ausgebildet ist, das Ladungsgas 35 am Ladeluftkühler 18 vorbei zu leiten. Der Ladeluftkühlerbypass 17 ist parallel zum Ladeluftkühler 18 angeordnet mit einer Abzweigung stromaufwärts des Ladeluftkühlers 18 und einer Einmündung stromabwärts des Ladeluftkühlers 18. Zur Steuerung des Massenstroms des Ladungsgases 35 durch den Ladeluftkühlerbypass 17 ist insbesondere im Ladeluftkühlerbypass 17 ein Ladeluftkühlerbypassventil 27 vorgesehen. Das Ladeluftkühlerbypassventil 27 ist ausgebildet, den Ladeluftkühlerbypass 17 für ein Durchströmen von Ladungsgas 35 in verschiedenen Graden freizugeben beziehungsweise zu sperren. Das Ladeluftkühlerbypassventil 27 kann auch als Umschaltventil ausgebildet und stromabwärts oder stromaufwärts des Ladeluftkühlers 18 angeordnet sein. In der 2 ist ein Massenstrom des Ladungsgases 35 durch den Ladeluftkühlerbypass 17 dargestellt.
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Das Kraftfahrzeug 10 kann zudem einen Abgaskühler 20 zum Kühlen des Abgases 36, insbesondere zum Kühlen des zurückgeführten ND-Abgases 37, aufweisen. Der Abgaskühler 20 ist insbesondere im ND-Abgasrückführungsstrang 19 angeordnet. Ferner kann das Kraftfahrzeug 10 einen Abgaskühlerbypass 21 umfassen, der ausgebildet ist, das zurückgeführte ND-Abgas 37 am Abgaskühler 20 vorbei zu leiten. Der Abgaskühlerbypass 21 ist parallel zum Abgaskühler 20 angeordnet mit einer Abzweigung stromaufwärts des Abgaskühlers 20 und einer Einmündung stromabwärts des Abgaskühlers 20. Zur Steuerung des Massenstroms des zurückgeführten ND-Abgases 37 durch den Abgaskühlerbypass 21 ist insbesondere im Abgaskühlerbypass 21 ein Abgaskühlerbypassventil 28 vorgesehen. Das Abgaskühlerbypassventil 28 ist ausgebildet, den Abgaskühlerbypass 21 für ein Durchströmen von zurückgeführtem ND-Abgas 37 in verschiedenen Graden freizugeben beziehungsweise zu sperren. Das Abgaskühlerbypassventil 28 kann auch als Umschaltventil ausgebildet und stromabwärts oder stromaufwärts des Abgaskühlers 20 angeordnet sein. In den 2 und 4 ist ein Massenstrom des zurückgeführten ND-Abgases 37 durch den Abgaskühlerbypass 21 dargestellt.
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Der Motor 11 des Kraftfahrzeugs 10 verfügt insbesondere über eine Direkteinspritzung. Dazu kann der Motor 11 einen ersten Injektor 29 aufweisen, der ausgebildet ist, Kraftstoff 31 in eine Brennkammer 34 des Motors 11 zu spritzen, und/oder einen zweiten Injektor 68, der ausgebildet ist, Kraftstoff in den Abgasstrang 13 einzubringen.
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Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Partikelfilterwerterfassungseinheit 41, die ausgebildet ist zumindest einen aktuellen Wert des Partikelfilters 22 zu erfassen. Dieser Partikelfilter-Istwert A kann ein Wert der Größen Sauerstoffanteil im Abgas 36 oder der Partikelfiltertemperatur sein. So ist insbesondere ein Sauerstoffsensor beziehungsweise eine Lambdasonde Bestandteil der Partikelfilterwerterfassungseinheit 41.
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Zudem umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Kraftfahrzeugwerterfassungseinheit 42, die ausgebildet ist zumindest einen aktuellen Wert des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen. Dieser Kraftfahrzeug-Istwert C kann ein Wert der Größen Kraftfahrzeuggeschwindigkeit oder Motordrehzahl oder Kraftfahrzeuglast oder Kraftstoffeinspritzmenge oder Bremspedalposition oder Fahrpedalposition.
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Die Partikelfilterwerterfassungseinheit 41 und die Kraftfahrzeugwerterfassungseinheit 42 können in andere Systeme des Kraftfahrzeugs 10 integriert sein und beispielsweise Sensoren im Motor 11 und/oder im Abgasstrang 13 umfassen.
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Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Steuereinheit 39, die insbesondere ein Motorsteuergerät ist. Die Steuereinheit 39 ist ausgebildet, die Ventile 26, 27, 28, 32, 33, 48 zu stellen und den zumindest Injektor 29, 68, zu betätigen. Dazu verfügt das Kraftfahrzeug 10 über geeignete Aktuatoren. Ferner ist die Steuereinheit 39 ausgebildet, einen Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 zu erkennen. Dazu ist die Steuereinheit 39 insbesondere mit der Kraftfahrzeugwerterfassungseinheit 42 verbunden. Die Steuereinheit 39 ist ausgebildet, den gegenwertigen Zustand des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen. Die Steuereinheit 39 ist zudem mit der Partikelfilterwerterfassungseinheit 41 verbunden und ausgebildet, den gegenwertigen Zustand des Partikelfilters 22 zu erfassen.
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Das Kraftfahrzeug 10 ist ausgebildet das erfindungsgemäße Betriebsverfahren 60 durchzuführen. In den 2 bis 4 ist dargestellt, wie das Kraftfahrzeug 10 das Betriebsverfahren 60 in verschiedenen Ausführungen ausübt. In der 5 ist das erfindungsgemäße Betriebsverfahren 60 in einer beispielhaften Ausführung von einem Start 61 bis zu einem Ende 67 in einem Flussdiagramm dargestellt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren 60 wird verhindert, dass im Partikelfilter 22 eine unkontrollierte Regeneration stattfindet, was zu einer Überhitzung des Partikelfilters 22 führen kann. Während der Regeneration wird im Partikelfilter angesammelter Ruß abgebrannt. Dazu muss im Partikelfilter 22 eine bestimmte Temperatur herrschen. Erfolgt während der Regeneration eine plötzliche Erhöhung der Sauerstoffmenge wird der Abbrand des Rußes beschleunigt und die Regeneration verläuft unkontrolliert. Eine Erhöhung des Sauerstoffanteils im Abgas kann zum Beispiel auftreten, wenn das Kraftfahrzeug 10 aus einem Lastbetrieb in einen Schubbetrieb oder einen Leerlaufbetrieb wechselt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren 60 wird eine Maßnahme ausgeführt. Die Maßnahme umfasst, dass dem Motor 11 während eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeugs 10 Ladungsgas 35 zur Verfügung gestellt, das zurückgeführtes ND-Abgas 37 und/oder zurückgeführtes HD-Abgas 49 aufweist, insbesondere in hohen Raten. Dazu wird im Unterschied zu dem in der 1 gezeigten Normalbetrieb die Zufuhr von Frischluft 30 gedrosselt, insbesondere auf Null, und der ND-Abgasrückführungsstrang 19 und/oder der HD-Abgasrückführungsstrang 45 werden freigegeben. Insbesondere wird dem Motor 11 ein Ladungsgas zur Verfügung gestellt, das ausschließlich aus zurückgeführtem Abgas gebildet ist. In dieser Weise ist es in den 2 bis 4 dargestellt.
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In den 2 und 3 wird das Kombinationsventil 26 in der Weise gestellt, dass der Massenstrom der Frischluft 30 gleich Null ist. Gleichzeitig ist der ND-Abgasrückführungsstrang 19 freigegeben. Zudem wird das HD-Ventil 48 in der Weise gestellt, dass auch der HD-Abgasrückführungsstrang 45 freigegeben ist.
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In der 4 wird der Massenstrom der Frischluft 30 dadurch auf Null gestellt, dass die Einlassdrosselklappe 32 geschlossen wird. Um gleichzeitig die ND-Abgasrückführung herbei zu führen, wird auch die Auslassdrosselklappe 33 geschlossen. Auch hierbei wird das HD-Ventil 48 in der Weise gestellt, dass auch der HD-Abgasrückführungsstrang 45 freigegeben ist.
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Während des Betriebsverfahrens 60 kann im Umfang der Maßnahme zudem eine vordefinierte Menge an Kraftstoff 31 in die Brennkammer 34 und/oder in den Abgasstrang 13 eingebracht werden. Dies kann entweder durch einen einzigen oder durch mehrere Einspritzvorgänge ausgeführt werden. In den 2 bis 4 ist eine Einspritzung in die Brennkammer 34 dargestellt. Anstelle der Einspritzung in die Brennkammer 34 oder zusätzlich zur Einspritzung in die Brennkammer 34 kann auch mittels eines zweiten Injektors 68 eine Einspritzung von Kraftstoff 31 in den Abgasstrang 13 vorgenommen werden. Durch die Einspritzung von Kraftstoff 31 wird ein fetteres Abgas 36 erzeugt, wobei der Anteil von Sauerstoffmolekülen im Abgas gesenkt wird. Das angereicherte Abgas 36 wird zur Spülung des Partikelfilters 22 verwendet. Durch die HD-Abgasrückführung wird der Massenstrom des Abgases 36 durch den Partikelfilter 22 hindurch verringert, was eine Erhöhung der Konzentration von Kraftstoff, der stromabwärts der HD-Abgasentnahmestelle 46 in das verbleibende Abgas 36 eingebracht wird, und eine Verringerung der Konzentration an Sauerstoff bewirkt.
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In der in der 5 dargestellten Ausführung des Betriebsverfahrens 60 wird nach dem Start 62 eine Partikelfilterwerterfassung 62 durchgeführt. Dabei wird zumindest ein Partikelfilter-Istwert A erfasst. Dieser Partikelfilter-Istwert A kann insbesondere ein Wert für eine Partikelfiltertemperatur oder auch für einen Sauerstoffanteil im Abgas 36 sein. Der Partikelfilter-Istwert kann durch Messung oder modellbasierte Rechnung erfasst werden.
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Anschließend wird der Partikelfilter-Istwert A in einer Partikelfilterprüfung 63 mit einem vorgegebenen Partikelfilter-Sollwert B abgeglichen. Weichen die Partikelfilter-Istwerte A von den Partikelfilter-Sollwerten B ab, kann ein Bedarf der Maßnahme festgestellt werden und in einer Maßnahmendurchführung 66 wenigstens eine Maßnahme zu diesem Zweck ergriffen werden.
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So kann durch Prüfung der Partikelfiltertemperatur beispielsweise festgestellt werden, ob dem Partikelfilter 22 eine Überhitzung droht, die beispielsweise auftreten könnte, wenn sich während einer Regenerationsphase der Anteil des Sauerstoffs im Abgas 36 erhöht. Liegt beispielsweise der Partikelfilter-Istwert A für die Partikelfiltertemperatur über dem Partikelfilter-Sollwert B für die Partikelfiltertemperatur, kann der Partikelfilter 22 durch Nutzung des Ladeluftkühlers 18 oder des Abgaskühlers 20 gekühlt werden, indem das durch den Partikelfilter 22 strömende Abgas 36 gekühlt wird. Mittels des Ladeluftkühlers 18 kann das Ladungsgas 35 während des Schubbetriebs gekühlt werden, siehe 3. Mittels des Abgaskühlers 20 kann das zurückgeführte ND-Abgas 37 während des Schubbetriebs gekühlt werden, siehe 3. Alternativ oder zusätzlich kann mittels Einspritzen von Kraftstoff 31 in die Brennkammer 34 oder in den Abgasstrang 13 der Ruß gekühlt werden, bis hin zum Löschen des Abbrands des Rußes.
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Es kann auch festgestellt werden, ob eine Minderung der Regenerationsfähigkeit des Partikelfilters 22 droht. Liegt der Partikelfilter-Istwert A für die Partikelfiltertemperatur unter dem Partikelfilter-Sollwert B für die Partikelfiltertemperatur, können die Massenströme an dem Ladeluftkühler 18 und/oder dem Abgaskühler 20 vorbeigeleitet werden. Das zurückgeführte ND-Abgas 37 kann durch den Abgaskühlerbypass 21 an dem Abgaskühler 20 vorbei geleitet werden, indem das Abgaskühlerbypassventil 28 geöffnet wird. Das Ladungsgas 35 kann durch den Ladeluftkühlerbypass 17 an dem Ladeluftkühler 18 vorbei geleitet werden, indem das Ladeluftkühlerbypassventil 27 geöffnet wird.
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Durch Prüfung des Sauerstoffgehalts des den Partikelfilter 22 durchströmenden Abgases 36 kann festgestellt werden, ob eine unkontrollierte Regeneration droht. Liegt beispielsweise der Partikelfilter-Istwert A für den Sauerstoffanteil über dem Partikelfilter-Sollwert B für den Sauerstoffanteil, kann der Sauerstoffanteil durch gezielte Einbringung von Kraftstoff 31 gesenkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Massenstrom des zurückgeführten HD-Abgases 49 durch Stellen des HD-Ventils 48 erhöht werden, wodurch der Massenstrom des durch den Partikelfilter 22 strömenden mageren Abgases 36 verringert wird.
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Es ist auch möglich einen Umfang der erforderlichen Maßnahmen durch die Partikelfilterprüfung 63 zu ermitteln. Durch Prüfung der Partikelfiltertemperatur und/oder des Sauerstoffanteils im Abgas 36 kann insbesondere eine Zeitdauer bestimmt werden, wie lange die Maßnahme für eine erfolgreiche Ausführung zu betreiben ist.
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Es sind verschiedene Kombinationen von Abgasrückführung, Kraftstoffeinbringung und Kühlung denkbar, die in Abhängigkeit des Partikelfilter-Istwerts A ausgeführt werden können.
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In der in der 5 gezeigten Ausführung wird zudem in einer Kraftfahrzeugwerterfassung 64 zumindest ein Kraftfahrzeug-Istwert C erfasst. Dieser Kraftfahrzeug-Istwert C kann insbesondere ein Wert für eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, eine Motordrehzahl, eine Kraftfahrzeuglast, eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Bremspedalposition, eine Fahrpedalposition, eine Navigationsinformation, eine Verkehrsinformation oder eine Geschwindigkeitsregelanlageinformation.
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Anschließend an die Kraftfahrzeugwerterfassung 64 kann der Kraftfahrzeug-Istwert C in einer Kraftfahrzeugprüfung 65 mit einem vorgegebenen Kraftfahrzeug-Sollwert D abgeglichen werden. Durch die Kraftfahrzeugprüfung 65 wird beispielsweise festgestellt, ob sich das Kraftfahrzeug 10 im Schubbetrieb befindet.
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Zudem kann die Kraftfahrzeugprüfung 65 eine Prüfung einer Anstiegswahrscheinlichkeit umfassen, die das Eintreten eines Anstiegs des Sauerstoffgehalts betrifft. Die Anstiegswahrscheinlichkeit kann insbesondere aus einem Abgleich mit einem über einen bestimmten Zeitraum erfassten Fahrprofil oder auch aus Navigationsdaten erfolgen. Das Fahrprofil kann dabei aus gesammelten Kraftfahrzeug-Istwerten C generiert werden. Übersteigt die Anstiegswahrscheinlichkeit einen kritischen Wert, können die Maßnahmen vorsorglich durchgeführt werden.
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Die Kraftfahrzeugwerterfassung 64 und die Kraftfahrzeugprüfung 65 können zeitlich auch vor der Partikelfilterwerterfassung 62 und der Partikelfilterprüfung 63 erfolgen. Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren können die Sollwerte B, D selbstverständlich auch Wertbereiche sein. Die Istwerte A, C können gemessen oder berechnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Motor
- 12
- Zuluftstrang
- 13
- Abgasstrang
- 14
- Turbolader
- 15
- Verdichter
- 16
- Abgasturbine
- 17
- Ladeluftkühlerbypass
- 18
- Ladeluftkühler
- 19
- Niederdruck-Abgasrückführungsstrang
- 20
- Abgaskühler
- 21
- Abgaskühlerbypass
- 22
- Partikelfilter
- 23
- Zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 24
- Niederdruck-Abgasentnahmestelle
- 25
- Niederdruck-Abgaseinleitstelle
- 26
- Kombinationsventil
- 27
- Ladeluftkühlerbypassventil
- 28
- Abgaskühlerbypassventil
- 29
- Erster Injektor
- 30
- Frischluft
- 31
- Kraftstoff
- 32
- Einlassdrosselklappe
- 33
- Auslassdrosselklappe
- 34
- Brennkammer
- 35
- Ladungsgas
- 36
- Abgas
- 37
- Zurückgeführtes Niederdruck-Abgas
- 38
- Abgeleitetes Abgas
- 39
- Steuereinheit
- 40
- Dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 41
- Partikelfilterwerterfassungseinheit
- 42
- Kraftfahrzeugwerterfassungseinheit
- 45
- Hochdruck-Abgasrückführungsstrang
- 46
- Hochdruck-Abgasentnahmestelle
- 47
- Hochdruck-Abgaseinleitstelle
- 48
- Hochdruck-Ventil
- 49
- Zurückgeführtes Hochdruck-Abgas
- 60
- Betriebsverfahren
- 61
- Start
- 62
- Partikelfilterwerterfassung
- 63
- Partikelfilterprüfung
- 64
- Kraftfahrzeugwerterfassung
- 65
- Kraftfahrzeugprüfung
- 66
- Maßnahmendurchführung
- 67
- Ende
- 68
- Zweiter Injektor
- 69
- Harnstofflösungsinjektor
- A
- Partikelfilter-Istwert
- B
- Partikelfilter-Sollwert
- C
- Kraftfahrzeug-Istwert
- D
- Kraftfahrzeug-Sollwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013111110 A1 [0002]
- DE 102011101079 A1 [0003, 0003]
- DE 102008015600 A1 [0004]
