用于运行柴油机动车以降低排放物的方法和控制器和机动车与流程

本发明涉及一种用于运行机动车以降低排放物的方法和控制器。本发明还涉及一种相应地设置的机动车。

背景技术：

1、为了避免或降低借助于内燃机运动的机动车的不期望的排放物，已经有不同的解决方案。因此例如在机动车的排气设备中广泛地采用催化器。但是这些催化器典型地仅仅在确定的温度范围中发挥它们的最佳效果，使得它们在相应的机动起动之后首先需要被加热，但是另一方面也不允许过热。在此有问题的是，在催化器中不能容易地设置温度传感器。此外，迄今为止的用于将机动车的排气设备或者排气管中的热特性建模的方案不能总是提供最佳的精度、可靠性和稳健性。与之相应地，在此另外存在改进的潜力和需求。

2、在de102017219408a1中说明一种用于优化内燃机的氮氧化物排放和二氧化碳排放的方法作为方案。通过在此的方法应该实现内燃机的这些排放物用机动车的废气后处理系统的同时优化。为此，预测水平被选择并且氮氧化物界限值被确定。然后，包括氮氧化物排放和二氧化碳排放的成本函数被最小化，其中，氮氧化物界限值被遵守。最后，内燃机的调节机构按照在成本函数最小化时查明的额定值被调节。

3、同样地，为了提升效率，在机动车的运行中产生的余热、例如废气的余热可以被利用。为此，de102009057095a1说明一种在提供余热或者说废气的内燃机之后的、被供应余热的热利用装置。该热利用装置在此包括多个组件，这些组件在一个唯一的封闭的或者部分开放的工作介质流系统中输送和压缩以及随后膨胀液态、蒸汽态或者气态存在的工作介质。

技术实现思路

1、本发明的任务是，能够实现具有内燃机的机动车的改进的控制，以减少排放物。

2、所述任务按本发明通过独立权利要求的主题解决。本发明的可能的方案和进一步构成在从属权利要求中、在说明书中和在附图中公开。

3、按本发明的方法用于、即可以被应用来运行机动车，该机动车具有柴油机和从柴油机出发的、用于引导柴油机的废气流的废气引导部或者说排气设备。在此，在废气引导部中设置电的加热元件和催化器。催化器可以尤其是柴油氧化催化器(doc，柴油氧化催化转化器)。加热元件可以尤其是在废气流的流动方向上观察设置在催化器的上游，即在发动机侧设置在催化器上游。加热元件可以例如暴露地设置在废气引导部中，或者说在运行中设置在引导于废气引导部中的废气流中，或者在发动机侧设置在催化器上，即可以例如安装到催化器上或者集成到催化器中。因此，按本发明的方法可以被应用在机动车运行中降低排放物或者优化排放物。

4、在按本发明的方法的一个方法步骤中，在机动车的运行中，例如从点火接通信号起，自动地借助于固定的能量平衡模型模拟由加热元件发出到废气流上和/或催化器上的或者说引入到废气流和/或催化器中的热量，即针对机动车的相应的条件或者运行条件、尤其是针对加热元件和/或柴油机的相应的条件或者运行条件来确定该热量。能量平衡模型将加热元件作为能量平衡或者借助于至少在供应给加热元件的电能或功率与经由热辐射和对流从加热元件发出的热之间的能量平衡建模。同样地，在能量平衡模型中或者说在能量平衡中，通过热传导从加热元件发出的热能被建模或者说被考虑。因此，例如加热元件的表面温度可以被建模或者说被模拟。

5、建模或者说模拟可以尤其是与没有加热元件或者说在没有加热元件运行时的机动车的相应运行相比较中实现。因此于是可以通过能量平衡模型来模拟热量(该热量在废气流中和/或在催化器中存在，或者说引入到废气流和/或催化器中)和/或一个或多个相应温度的、通过加热元件或者说通过加热元件的运行而引起的差别。

6、基于模型的模拟或者多个不同的这样的模拟可以例如被执行，以便在此基础上查明加热元件和/或柴油机的运行方案或者运行模式，因此，催化器的规定的目标温度范围、尤其是在该催化器中和/或在流动方向上跟随该催化器的另外的催化器中，可以被达到。所述另外的催化器可以例如是scr催化器，该scr催化器可以设置在doc催化器的下游。所述另外的催化器可以于是被供应为了加热doc催化器而产生的热。

7、在此，借助于能量平衡模型可以模拟加热元件的不同的运行方案或者运行模式。因此例如多个不同的供应给加热元件的电功率、不同的运行持续时间、用于加热元件或者该加热元件的电源的不同的接通和断开时间或者时刻和/或更多类似者可以被模拟，尤其是实时地被模拟。

8、例如可以规定至少一个要被优化的参数，例如催化器的用于实现目标温度范围的要被最小化的加热时间、用于实现目标温度范围的要被最大化的效率、总排放物的要被最小化的量或者确定类型的排放物的要被最小化的量和/或更多类似者。

9、供应或提供给能量平衡模型以执行模拟的输入量、即相应的输入数据也可以例如包括一个或多个温度传感器的温度数据，所述温度数据作为相应的测量的温度值。这样的温度传感器可以例如设置在废气引导部中或者设置在废气引导部上，在加热元件和/或催化器的上游和/或下游，但是也可以设置在机动车的其他部位上。因此在必要时例如废气流、废气引导部和/或更多类似者的实际温度可以作为用于能量平衡模型的相应的输入数据或者输入参量已知，即可供使用，因此可以由该能量平衡模型用于相应的模拟或计算。因此必要时，模拟或计算可以特别精确地执行并且考虑或模拟在其他位置上被更详细地解释的其他效果。

10、在按本发明的方法的一个另外的方法步骤中，基于相应的模拟结果，即基于能量平衡模型的输出量，和/或必要时基于通过进一步处理而由该输出量导出的数据，确定用于机动车的运行策略、尤其是用于机动车的加热元件和/或柴油机的运行策略。这样的运行策略可以例如定义、说明或包括用于加热元件、发动机控制器或者柴油机的发动机运行方式和/或更多类似者的运行方案或者运行模式。在此，运行策略被确定，用于达到、或者设定催化器的规定的目标温度范围或者在达到该目标温度范围之后保持该目标温度范围。在此，运行策略可以例如通过按照模拟结果或者由模拟结果导出的数据来适配或选择一个或多个参数值而实现，或者也可以通过适配或选择关于要被优化的参数的规定值而实现。例如不同的运行策略可以被预定义或存储，从它们中可以选择相应地最好地适配的运行策略。同样地，例如可靠的数值范围或者数值组合或者特性场或者类似者可以被规定，以便最终确定用于运行策略的参数值。这种规定值也可以作为边界条件在能量平衡模型或者其他的规定的模型中被存储或者建模，所述其他的规定的模型例如可以进一步处理相应的模拟结果即能量平衡模型的输出量。因此可以保证，运行策略是可靠的并且适合用于相应的机动车。

11、在按本发明方法的一个另外的方法步骤中，机动车、尤其是加热元件和/或柴油机按照所确定的运行策略运行。

12、按本发明的方法可以在机动车运行期间连续地或者有规律重复地或者以规定的节拍执行或运行。因此，用于机动车的运行策略可以相应地连续地或者有规律地被适配或更新。

13、例如与迄今为止的解决方案相比(在这些解决方案中，相应的总的供应给加热元件的瞬时电功率用作为用于加热废气流或催化器的替代参量或者代理变量)，本发明能够实现实际由加热元件发出到废气流和/或催化器上的能量或者说热量的更精确的建模和模拟。因此在本发明中通过能量平衡的考虑或者说建模来确定实际上经由加热元件引入到废气流和/或催化器中的热的有效值或者净值。本发明在此基于以下认识：供应给加热元件的电能不必然完全以热的形式传递到废气流和/或催化器上，并且这通过相应的能量平衡可以被建模，即可以被描述或者检测。因此，本发明最后能够实现排气设备的热特性的更精确的确定或者预测、尤其是在一个催化器中或者在多个催化器中的温度的更精确的确定或者预测，其对于降低排放物是有意义的。因此又能够实现机动车的相应地优化的控制或者相应地优化的运行，以便以特别有效果且有效率的方式实现排放物降低或者排放优化。因此最后，通过本发明可以实现机动车的更有效率的和/或排放物更低的运行，也许用于加热催化器的能量投入减少和/或热损耗减少。

14、在本发明的一种可能的方案中，在能量平衡模型中，能量平衡模型的至少一个第一模型部分或者模型项(其对经由热辐射的热输出进行说明或者建模)和第二模型部分或者模型项(其对经由对流的热输出进行说明或者建模)用特定的加权因子加权。同样地，在能量平衡模型中，第三模型部分或者模型项可以被说明或者建模，其对经由热传导的热输出进行说明或者建模，并且也可以用特定的加权因子加权。这些特定的加权因子在此根据加热元件相对于催化器的布置的相应的几何结构来确定或者说规定。这些加权因子可以因此例如固定地规定并且存储在能量平衡模型中，尤其是特定地用于或者适配于：相应的机动车、机动车的模型方案或者机动车的排气设备的模型方案或者类似者。如果排气设备具有或者允许可改变的几何结构或者变化的废气引导部或者类似者、例如不同的可设定的流动路径或类似者，那么加权因子也可以自动地动态地相应地被适配或设定。

15、为了规定或设定加权因子，例如可以一次性地例如在机动车制造的范围中确定，是否或者在那种程度上在相应的应用情况中即例如在相应的机动车或者相应的排气设备中从加热元件到催化器上的热发出通过热辐射项或者对流项或者热传导项占主导。例如，如果加热元件在发动机侧或者入流侧直接设置在催化器上游，使得在加热元件的整个面上存在与催化器的直接的视线连接，那么热辐射项可以占主导。相反，例如，如果在加热元件与催化器之间设置废气引导部的弯曲部或者曲率部，那么对流项可以占主导。从加热元件辐射出的热于是也许遇到废气引导部的内壁并且不直接遇到催化器，并且于是也许可以与相应的几何结构相关地经由热传导有助于催化器的加热。热特性同样可以通过废气引导部的流动特性或者通过在排气设备中的流动状况被影响。为了确定加权因子，这可以与之相应地同样被考虑。占优势的流动状况可以是动态或者变化的。例如在不同的运行方式或者运行状态中，不同的流动状况可以占优势。于是可以相应地采用不同的加权因子，或者可以相应地采用加权因子的动态适配。

16、通过在此规定的特定的加权因子，相应的特定的特性可以特别简单且灵活地被建模，并且能量平衡模型可以特别简单地适配于不同的应用情况。

17、在本发明的另外的可能的方案中，借助于能量平衡模型模拟从加热元件发出到废气流和/或催化器上的热量在规定的时间段上的时间走向。因此换言之，热发出和/或一个或多个相应的温度在机动车的规定的运行时间或运行持续时间上的发展或变化可以被模拟。这可以尤其是在每个模拟通路中被执行。按该方式，可以获得动态发展的认识，而不仅仅是获得关于静态状态的认识，或者说动态发展的效果或者作用可以被识别或者说考虑。因此最终可以允许机动车在尽可能有效率且有效果的排放物降低方面的还更好的、更有效率且更精确的控制。

18、在本发明的另外的可能的方案中，在能量平衡模型中，作为能量平衡的一部分，也许从废气发出到加热元件上的功率或能量或者说热量也被建模并且借助于能量平衡模型模拟。因此也可以考虑，例如在加热元件投入运行之前或开始时，该加热元件基于其热容量而能够从废气流中提取热，即能够从废气流吸收热。于是因此这种热不或者不直接有助于催化器的加热。通过考虑这种效果(该效果尤其是可以与加热元件的热容量和在加热元件的表面温度与废气流温度之间的差值相关)，输入到催化器中的热量或者该热输入的时间走向可以更精确地被建模或者说模拟。因此最后可以在总效率和/或降低排放物方面允许实际在催化器中存在的温度的更精确的确定或预测以及机动车的相应地更精确的、更有效果或者更有效率的控制。

19、在本发明的另外的可能的方案中，在能量平衡模型中，作为能量平衡的一部分，供应给加热元件的电能的、引起加热元件温度变化的份额也被建模，该份额于是因此借助于能量平衡模型被模拟。该份额可以例如借助于(也许在能量平衡模型中作为参数值被存储的)加热元件的热质量和/或比热容被建模或者模拟。因此可以考虑，被供应的能量的该份额或者相应的热量于是首先不直接经由加热元件传递到废气流上。例如可以发生延缓的或者时间滞后的、通过加热元件的相应的能量或者热量的发出。同样地，该能量或者热量的至少一部分可以直至机动车切断之后保持存储在加热元件中。相应的在加热元件中存储的能量或者说热于是因此在机动车运行期间不有助于废气流或者催化器的加热。通过本发明的在此建议的方案因此最后可以更精确地确定或者估计实际引入到催化器中的热量或者该引入的热量的时间走向。这可以允许催化器的温度的更精确的估计以及最终允许机动车的相应地改进的控制，例如在降低排放物的效率和/或效果方面。

20、在本发明的另外的可能的方案中，在能量平衡模型中，作为能量平衡的一部分，从加热元件经由热传导的热发出也被建模，该热发出于是相应地借助于能量平衡模型被模拟。因为加热元件需要以任何一种形式被保持或固定，因此产生相应的热传导路径，热能够经由该热传导路径从加热元件流走即导出。因此热可以例如从加热元件导出到催化器上和/或从机动车的排气设备导出，例如导出到框架、车身或者最终导出到机动车的环境上。这样的热传导或者热导出可以分别通过至少一个相应的材料连接即通过相应的热传导路径实现。这可以在当前在能量平衡模型中被考虑，即被建模。由于考虑也许通过热传导而从加热元件流走的或者流向加热元件的能量份额或者热份额，实际引入到催化器中的热量并且因此催化器的温度也许可以还更精确地被确定或者说估计。因此最终也允许机动车的相应更精确的并且(例如在降低排放物的效率和/或效果方面)优化的控制。为了这样考虑热传导，例如与加热元件直接或间接处于机械接触中的机动车构件的相应的材料参数或构件参数可以作为参数值存储在能量平衡模型中。

21、在本发明的另外的可能的方案中，在能量平衡模型中，作为能量平衡的一部分，在电源(即给加热元件的电功率供应)切断之后从加热元件的热发出也被建模，该热发出于是相应地借助于能量平衡模型被模拟。因此可以考虑，加热元件也在电功率供应被切断之后可以继续发出热。这种后热效果或者后加热效果可以影响催化器的温度或者温度走向。在迄今为止的模型中，这些模型例如仅仅采用供应给加热元件的瞬时电功率作为用于加热废气流或者催化器的替代参量或者代理变量，在切断给加热元件的电功率供应之后没有假设催化器的继续加热或者与实际情况相比催化器加速冷却。这种问题通过本发明的在此建议的方案被绕开或者说被解决。因此，实际引入到催化器中的热量或者催化器的温度可以还更精确地被查明或者估计。这最终允许机动车的进一步改进的或者更精确的控制，例如在降低排放物的效率和/或效果方面。

22、在本发明的另外的可能的方案中，借助于能量平衡模型或者基于模拟结果，模拟在催化器之内的温度。在后一情况下，在催化器中的温度于是可以例如借助于相应的规定的针对催化器的温度模型来建模和模拟。该温度模型于是可以被供应或者被提供模拟结果即能量平衡模型的输出量，作为输入量即输入数据。另外在此规定，用于机动车的运行策略基于针对催化器内部模拟的温度来确定。在催化器之内的温度可以对于降低排放物是特别有意义的，但是如在其他位置上解释的，不能容易地实际可行地直接测量。通过在催化器之内的温度的专注的模拟，该温度可以特别精确地被查明，并且最终基于该温度，排放物降低可以特别精确地、特别有效率地和/或特别有效果地通过机动车的相应地适配或调节的控制而被执行或实现。例如，为了在催化器之内的温度的建模或者模拟，催化器的热质量、热容量、辐射特性、流动阻力和/或更多类似者可以被建模或者说规定为模型参数。

23、本发明的另一个方面是一种用于机动车的控制器。按本发明的控制器具有用于获得输入数据的输入接口、处理器装置(即例如微芯片、微处理器或者微控制器或者类似者)、与处理器装置连接的计算机可读的数据存储器以及用于输出控制信号的输出接口。借助于处理器装置以及数据存储器，经由输入接口被获得的输入数据可以被处理，并且相应的控制信号可以被产生。所述控制信号可以于是经由输出接口输出。输入接口和输出接口可以是特定的或者分开的接口，或者可以在双向的数据接口中集成或者组合。同样地，按本发明的控制器可以包括其他的和/或分布的硬件组件。按本发明的控制器设置用于实施按本发明的方法，尤其是在相应的装备有该控制器的机动车的运行期间自动地实施该方法。为此，例如在数据存储器中可以存储相应的运行程序或者计算机程序，该程序将按本发明的方法的方法步骤、措施或者流程或者说将相应的控制指令予以实施或者编码。

24、这种运行程序或者计算机程序可以于是借助于处理器装置可实施，以便执行做出响应的程序或者引起该程序的执行。输入数据可以例如是或者包括：供应给加热元件的电功率、一个或多个测量的温度、机动车(尤其是机动车的发动机)的一个或多个运行参数或者运行状态和/或更多类似者。作为输出量由控制器产生的控制信号可以例如直接或间接地构成用于控制或者操控加热元件、机动车的发动机、机动车的也许存在的发动机控制器和/或更多类似者。按本发明的控制器因此可以设置用于，即被应用或采用来，执行在按本发明的方法的关系中说明的方法步骤、措施或者流程。

25、按本发明的控制器可以例如构成为专用的排放物控制器。同样地，按本发明的控制器可以设置用于执行一个或多个另外的任务或功能。例如按本发明的控制器可以涉及发动机控制器，或者可以与该发动机控制器组合，或者可以集成到该发动机控制器中。

26、本发明的另一个方面是一种机动车，其具有：柴油机；从柴油机引出的废气引导部或者说排气设备，在废气引导部或者说排气设备中设置催化器、尤其是doc并且在该催化器的发动机侧上设置电的加热元件；以及按本发明的控制器。按本发明的机动车因此也可以设置用于自动实施按本发明的方法。按本发明的机动车可以尤其是在与按本发明方法的关系中和/或在与按本发明控制器的关系中提及的机动车，或者可以与之对应。

27、本发明的其他特征可以由权利要求、附图和针对附图的说明得出。在上文中在说明书中提及的特征和特征组合以及在下文中在针对附图的说明中和/或在附图中单独显示的特征和特征组合可以不仅在相应地说明的组合中被应用，而且可以在其他组合中被应用，或者可以单独地被应用，而不脱离本发明范围。