DE102006022384B4

DE102006022384B4 - Verfahren zum Aufheizen oder Warmhalten einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102006022384B4
Application number: DE102006022384.5A
Authority: DE
Inventors: Karsten Kroepke; Juergen Pantring; Kersten Wehmeier; Jens Wolber; Ruediger Weiss; Detlef Heinrich; Martin Streib; Karl-Bernhard Lederle; Helmut Zell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2026-05-13
Also published as: JP2007303472A; US7849673B2; JP2013151280A; DE102006022384A1; US20070261388A1; JP2015061778A

Abstract

Verfahren zum Aufheizen oder Warmhalten einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeuges (10) mit einem ein Getriebe (15) aufweisenden Antriebsstrang (11), der von einer Brennkraftmaschine (12) und mindestens einer zweiten Antriebseinheit (13) angetrieben wird, wobei auch in einem Betriebszustand, der außerhalb eines Leerlaufs liegt, eine Drehzahl oder ein Drehmoment der Brennkraftmaschine (12) abweichend von Werten für die Drehzahl oder das Drehmoment eingestellt wird, die oder das bei einem gleichen Fahrzustand ohne Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung vorliegen würde, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (12) von dem Antriebsstrang (11) abgekoppelt wird und eine Drehzahl oder ein Drehmoment von der zweiten Antriebseinheit (13) bereitgestellt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufheizen oder Warmhalten einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren zu einer schnellen Aufheizung eines Abgasreinigungssystems mit einem Katalysator in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 44 00 260 A1 bekannt. Hierbei wird die Brennkraftmaschine in der Katalysatoraufwärmphase ungedrosselt mit Luft versorgt, und zwar unabhängig davon, ob ein Fahrpedal betätigt wird oder nicht. Die Drehzahl und das Drehmoment der Brennkraftmaschine werden alleine über den Zündwinkel eingestellt und zwar so, dass sich ein Verhalten der Brennkraftmaschine wie bei einer herkömmlichen Motorsteuerung einstellt. Somit wird im Leerlauf eine bestimmte Drehzahl, die sich nach einem vorgegebenen Verlauf ändern kann, eingestellt, während beim Betätigen des Fahrpedals ein der Fahrpedalstellung entsprechendes Drehmoment eingestellt wird. Das schnelle Aufheizen wird mittels eines gezielten Eingriffs in den Zündwinkel realisiert, so dass bei hohem Luftdurchsatz der Motor eine Aufwärmdrehzahl nicht überschreitet.
Aus der DE 101 60 018 A1 ist ein Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine bekannt, bei dem in Abhängigkeit von einer momentanen Leistungsanforderung an den Antrieb und in Abhängigkeit von der momentanen verfügbaren Leistung des Antriebs durch ein koordiniertes Ansteuern der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine unter Beibehaltung der momentanen Leistungsanforderung eine optimale Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgegeben wird.
US 2004/0104058 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs zur Reduzierung von Emissionen. Das Verfahren verwendet einen Elektromotor im generatorischen Betrieb, um unter Kaltstartbedingungen ein negatives Drehmoment zu erzeugen, wodurch die Last des Verbrennungsmotors erhöht und dadurch die Anspringzeit des Katalysators verringert wird.
Offenbarung der Erfindung
In einem erfindungsgemäßen Verfahren für ein Fahrzeug der eingangs erwähnten Art wird vorgeschlagen, dass auch in einem Betriebszustand, der außerhalb eines Leerlaufs liegt, eine Drehzahl oder ein Drehmoment einer Brennkraftmaschine abweichend von Werten der Drehzahl oder des Drehmoments eingestellt wird, die oder das bei einem gleichen Fahrzustand ohne Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung vorliegen würde.
Dadurch wird die Abgasreinigungsvorrichtung mit mindestens einem Katalysator optimal schnell aufgeheizt. Die einen Antriebsstrang antreibende Brennkraftmaschine arbeitet derart, dass das von der Brennkraftmaschine produzierte Abgas eine zum Aufheizen oder Warmhalten des Katalysators optimierte Abwärme an diesen abgibt. Hierdurch wird der Katalysator schnell in einen Betriebszustand gebracht, in dem er konvertiert, das heißt das Abgas optimal reinigt.
Die Brennkraftmaschine arbeitet in einem abgasoptimierten Betriebszustand, in der eine niedrige Emission von Abgasen erzielt wird. Hierzu wird die Brennkraftmaschine mit erhöhter Drehzahl, spätem Zündwinkel und mit möglichst niedriger Last betrieben. Hieraus ergibt sich vorteilhaft, dass die Brennkraftmaschine kompromisslos so betrieben werden kann, dass eine optimal niedrige Emission von Abgasen erzielt wird.
Zudem wird die Brennkraftmaschine von dem Antriebsstrang abgekoppelt und eine Drehzahl oder ein Drehmoment auf das Getriebe von der zweiten Antriebseinheit bereitgestellt.
In der Aufwärmphase des Katalysators, also wenn der Katalysator noch nicht seine optimale Betriebstemperatur erreicht hat, ist die Brennkraftmaschine weitestgehend vom Fahrerwunsch abgekoppelt. Der Fahrerwunsch wird mittels der zweiten, im Antriebsstrang angeordneten Antriebseinheit, die die Leistung, die der Fahrer des Fahrzeugs durch Betätigen des Fahrpedals, also „Gasgeben“, anfordert, auf ein Getriebe realisiert. Aufgrund einer entsprechenden Steuerung der zweiten Antriebseinheit merkt der Fahrer des Fahrzeugs nicht, dass diese Leistung nicht von der Brennkraftmaschine erbracht wird. Vorteilhaft wird hierbei ausgenutzt, dass ein Fahrzeug mit zwei Antriebseinheiten mehr Freiheitsgrade aufweist, als ein Fahrzeug mit nur einer Antriebseinheit.
Die Abkopplung der Brennkraftmaschine vom Antriebsstrang erfolgt abhängig von Umgebungsbedingungen und/oder abhängig vom bereits realisierten Aufheizvorgang der Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere einem Heizfortschritt der Abgasreinigungsvorrichtung. Dadurch wird erreicht, dass die zweite Antriebseinheit nur dann zugeschaltet wird, wenn der Katalysator noch nicht auf der optimalen Betriebstemperatur ist, beispielsweise beim Kaltstart.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung des Verfahrens, wird eine für das Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung erforderliche Optimumdrehzahl oder ein für das Aufheizen oder Warmhalten erforderliche Optimumdrehmoment berechnet.
In einer günstigen Ausgestaltung wird eine Mindestdrehzahl oder ein Mindestdrehmoment, die jeweils einen unteren Grenzwert für die Aufheizung der Abgasreinigungsvorrichtung darstellen, berechnet.
In einer günstigen Ausgestaltung wird eine Maximaldrehzahl oder ein Maximaldrehmoment, die oder das jeweils einen oberen Grenzwert für die Aufheizung der Abgasreinigungsvorrichtung darstellen, berechnet.
Die berechneten Werte für die Drehzahl oder das Drehmoment können in einem Fahrzeugsteuerungssystem verwendet werden, um beispielsweise die Brennkraftmaschine vom Antriebsstrang abzukoppeln oder wieder mit dem Getriebe zu koppeln. Ferner können die berechneten Werte mit ermittelten Messdaten während der Betriebsphase des Fahrzeugs verglichen werden und entsprechende Steuerungen durchgeführt werden. Hierbei entsprechen die Optimumdrehzahl und das Optimumdrehmoment jeweils dem optimalen Wert für ein schnelles und optimiertes Aufheizen der Abgasreinigungsvorrichtung.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens, sind der Optimumdrehzahl und/oder der Mindestdrehzahl und/oder der Maximaldrehzahl eine Priorität oder Prioritäten zugeordnet.
Die Zuordnung einer Priorität wird so verstanden, dass die berechneten Werte für die Optimumdrehzahl, die Minimaldrehzahl und die Maximaldrehzahl hierarchisch, also in einer Reihenfolge, geordnet werden. Die Drehzahl mit der höchsten Priorität, beispielsweise die Optimumdrehzahl, wird stets als erste zu Vergleichszwecken herangezogen, und mit einem zu vergleichendem Wert, beispielsweise einem Messwert, verglichen. Ist der zu vergleichende Wert eine erlaubte Drehzahl, wird diese eingestellt. Ist er hingegen ein nicht erlaubter Wert, wird die Drehzahl mit der nächstliegend niedrigeren Priorität als Vergleichswert herangezogen und so weiter.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens, werden dem Optimumdrehmoment und/oder dem Minimaldrehmoment und/oder dem Maximaldrehmoment eine Priorität oder Prioritäten zugeordnet.
Hierbei werden die berechneten Drehmomente in einer hierarchischen Rangfolge geordnet, indem jedem der Drehmomente eine Priorität zugeordnet wird.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens, werden Anforderungen von unterschiedlichen, von der Abgasreinigungsvorrichtung verschiedenen Funktionseinheiten in einem Fahrzeugsteuerungssystem bezüglich der Drehzahl zugelassen, wobei den Anforderungen der unterschiedlichen Funktionseinheiten jeweils eine Priorität zugeordnet wird.
Hierbei können für den Betrieb des Fahrzeuges wichtige und weniger wichtige Funktionseinheiten unterschiedlich behandelt werden in der Fahrzeugsteuerung.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens, werden die Anforderungen, die nicht vom Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung selbst herrühren, nur dann berücksichtigt, wenn deren Priorität höher ist, oder die angeforderte Drehzahl oberhalb der Mindestdrehzahl und/oder unterhalb der Maximaldrehzahl liegt.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Anforderungen, die nicht vom Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung selbst herrühren, nur dann berücksichtigt, wenn deren Priorität höher ist, oder das angeforderte Drehmoment oberhalb des Mindestdrehmoments und/oder unterhalb des Maximaldrehmoments liegt.
Die Anforderungen bezüglich des Drehmomentes oder der Drehzahl sind während der Aufwärmphase des Katalysators einer sehr hohen Priorität zugeordnet. Diese kann nur durch eine Funktion mit einer festgelegten höheren Priorität außer Kraft gesetzt werden. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn die zweite Antriebseinheit ausfallen würde und kein Fahrbetrieb mehr möglich wäre.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Drehzahl eingestellt, indem eine Steuerung eines automatischen Getriebes die Wahl dessen Übersetzung derart anpasst, dass sich eine der Optimumdrehzahl möglichst nahe liegende Drehzahl ergibt oder dass die Drehzahl mindestens gleich der Mindestdrehzahl oder höchstens gleich der Maximaldrehzahl ist.
Bei einem Parallelhybridfahrzeug, bei dem sich die Drehzahlen der Brennkraftmaschine und der zweiten Antriebseinheit addieren, ist ein automatisches Getriebe zwingend vorgesehen und beispielsweise mittels eines Stufengetriebes, einer CVT (continuous variable transmission) oder einer Doppelkupplung realisiert. Ein seriellen Hybridfahrzeug mit einem Power-split Prinzip weist die Automatikfunktion prinzipbedingt immer auf. Hierbei ist die Brennkraftmaschine und die zweite Antriebseinheit für gleiche Drehzahl ausgelegt und die zweite Antriebseinheit wird nur für Spitzen zugeschaltet.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens wird die zweite Antriebseinheit so eingestellt, dass mittels des Zusammenwirkens der Drehmomente von Brennkraftmaschine und zweiter Antriebseinheit das angeforderte Drehmoment eingestellt wird, wobei die Brennkraftmaschine derart betrieben wird, dass das von ihr abgegebene Drehmoment dem für das Aufheizen berechnete Optimumdrehmoment entspricht oder größer ist als das Minimaldrehmoment und/oder kleiner ist als das Maximald rehmoment.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens werden in einem Power-Split-System die Drehzahlen der beiden Antriebseinheiten so eingestellt, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine der Optimumdrehzahl möglichst nahe liegt, oder dass die Mindestdrehzahl nicht unterschritten wird oder dass die Maximaldrehzahl nicht überschritten wird.
Bei einem Parallelhybridfahrzeug, bei dem sich die Drehmomente der Brennkraftmaschine und der zweiten Antriebseinheit addieren, ist ein automatisches Getriebe zwingend vorgesehen und beispielsweise mit einem Stufengetriebe, einer CVT (continuous variable transmission) oder einer Doppelkupplung realisiert.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens, sind die Optimumdrehzahl, die Minimaldrehzahl und/oder die Maximaldrehzahl oder das Optimumdrehmoment, das Minimaldrehmoment und/oder das Maximaldrehmoment variabel abhängig von Umgebungsbedingungen und/oder abhängig vom bereits realisierten Aufheizvorgang der Abgasreinigungsvorrichtung sind.
Unter Umgebungsbedingen wird beispielsweise die Außentemperatur verstanden. Ferner ist für den Fall, dass der Katalysator die ideale Betriebstemperatur aufweist eine Einhaltung der optimalen Drehzahl nicht mehr notwendig, so dass die Brennkraftmaschine auch außerhalb der optimalen Drehzahl betrieben werden kann.
Vorteilhaft ist ferner ein Fahrzeugssteuerungssystem so auszubilden, dass eine Berechnungseinheit zur Berechnung einer Optimumsdrehzahl, eines Optimumdrehmoment, einer Minimumdrehzahl, eines Minimumdrehmoments, einer Maximaldrehzahl und/oder eines Maximaldrehmoments vorgesehen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgendem anhand der einzigen Figur der Zeichnung dargestelltem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsform der Erfindung
Die einzige Figur zeigt in Schnittdarstellung eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines als Parallelhybrid ausgebildeten Fahrzeugs.
Das Fahrzeug 10 umfasst einen Antriebsstrang 11, der mit einer Brennkraftmaschine 12 und einer Elektromaschine 13, die mit einer Batterie 14 verbunden ist, koppelbar ist und ein Getriebe 15, eine Trennkupplung 16, eine Kupplung 17 und einen Antrieb 18, vorzugsweise einen Differentialantrieb 18.
Nicht dargestellt in der Figur ist eine Abgasreinigungsvorrichtung, die wenigstens einen Katalysator umfasst, und die zur optimalen Betriebsfunktion, das heißt zur optimalen Reinigung der durch die Abgasreinigungsvorrichtung geleiteten Abgase, eine bestimmte Betriebstemperatur aufweisen muss.
Die optimale Betriebstemperatur wird möglichst schnell eingestellt, wenn die Brennkraftmaschine 12 mit einer Optimumdrehzahl, die eine abgasoptimierte Drehzahl ist, oder einem Optimumdrehmoment, welches ein abgasoptimiertes Drehmoment ist, betrieben wird. Beim Kaltstart, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung noch kalt ist, findet nur ein unzureichende Konvertierung, das heißt eine unzureichende Reinigung der Abgase in derselben statt, so dass die Emission der Abgase hoch ist.
Zur schnellen Aufheizung oder zum Warmhalten des Katalysators muss möglichst viel Wärme über die Abgase an die Abgasreinigungsvorrichtung gegeben werden. Dies wird realisiert, indem die Brennkraftmaschine 12 mit einer optimalen Drehzahl, als Optimumdrehzahl bezeichnet, oder einem optimalen Drehmoment, als Optimumdrehmoment bezeichnet, betrieben wird.
Um einer Anforderung an die Fahrleitung, das bedeutet gewünschte beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit gerecht zu werden wird bei einem Fahrzeug mit zwei Antriebseinheiten eine, vorzugsweise die Brennkraftmaschine 12, zur Aufheizung der Abgasreinigungsvorrichtung eingesetzt und die andere Antriebseinheit, vorzugsweise die Elektromaschine 13, zur Realisierung der Anforderungen des Fahrers, also der Fahrzeuggeschwindigkeit, eingesetzt.
Für ein Hybridfahrzeug sind unter anderem zwei Konzepte bekannt: das sogenannte Power-Split-Konzept, auch als Leistungsverzweigungshybrid bekannt, und das Konzept des Parallelhybrids. Bei beiden Konzepten ist es möglich, während der Aufheizphase des Katalysators, die Brennkraftmaschine 12 weitgehend vom Fahrerwunsch zu entkoppeln und ein Drehmoment oder eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 quasi kompromisslos auf optimale Emission auszulegen. Mittels der entsprechenden Steuerung der Elektromaschine 13 kann dennoch in weiten Grenzen der Fahrerwunsch so umgesetzt werden, dass der Fahrer im Verhalten des Fahrzeugs keinen Unterschied zwischen der Aufheizphase und einem Normalbetrieb spürt.

Claims

Verfahren zum Aufheizen oder Warmhalten einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeuges (10) mit einem ein Getriebe (15) aufweisenden Antriebsstrang (11), der von einer Brennkraftmaschine (12) und mindestens einer zweiten Antriebseinheit (13) angetrieben wird, wobei auch in einem Betriebszustand, der außerhalb eines Leerlaufs liegt, eine Drehzahl oder ein Drehmoment der Brennkraftmaschine (12) abweichend von Werten für die Drehzahl oder das Drehmoment eingestellt wird, die oder das bei einem gleichen Fahrzustand ohne Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung vorliegen würde, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (12) von dem Antriebsstrang (11) abgekoppelt wird und eine Drehzahl oder ein Drehmoment von der zweiten Antriebseinheit (13) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Aufheizen oder das Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung erforderliche Optimumdrehzahl oder das für das Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung erforderliche Optimumdrehmoment berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mindestdrehzahl oder ein Mindestdrehmoment, die jeweils einen unteren Grenzwert für die Aufheizung der Abgasreinigungsvorrichtung darstellen, berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maximaldrehzahl oder ein Maximaldrehmoment, die jeweils einen oberen Grenzwert für die Aufheizung der Abgasreinigungsvorrichtung darstellen, berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Optimumdrehzahl und/oder der Mindestdrehzahl und/oder der Maximaldrehzahl eine Priorität oder Prioritäten zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Optimumdrehmoment und/oder dem Minimaldrehmoment und/oder dem Maximaldrehmoment eine Priorität oder Prioritäten zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anforderungen von unterschiedlichen, von der Abgasreinigungsvorrichtung verschiedenen Funktionseinheiten in einem Fahrzeugsteuerungssystem bezüglich der Drehzahl zugelassen werden, wobei den Anforderungen der unterschiedlichen Funktionseinheiten jeweils eine Priorität zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderungen, die nicht vom Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung selbst herrühren, nur dann berücksichtigt werden, wenn deren Priorität höher ist, oder die angeforderte Drehzahl oder das angeforderte Drehmoment oberhalb der Mindestdrehzahl und/oder unterhalb der Maximaldrehzahl liegt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderungen, die nicht vom Aufheizen oder Warmhalten der Abgasreinigungsvorrichtung selbst herrühren, nur dann berücksichtigt werden, wenn deren Priorität höher ist, oder das angeforderte Drehmoment oberhalb des Mindestdrehmoments und/oder unterhalb des Maximaldrehmoments liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl dadurch eingestellt wird, dass eine Steuerung eines automatischen Getriebes (15) die Wahl der Übersetzung derart anpasst, dass sich eine der Optimumdrehzahl möglichst nahe liegende Drehzahl ergibt oder dass die Mindestdrehzahl nicht unterschritten wird oder dass die Maximaldrehzahl nicht überschritten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl dadurch eingestellt wird, dass in einem Power-Split-System die Drehzahlen der beiden Antriebseinheiten (12, 13) so eingestellt werden, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) der Optimumdrehzahl möglichst nahe liegt, oder dass die Mindestdrehzahl nicht unterschritten wird oder dass die Maximaldrehzahl nicht überschritten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinheit (13) so eingestellt wird, dass im Zusammenwirken der Drehmomente von Brennkraftmaschine (12) und zweiter Antriebseinheit (13) das angeforderte Drehmoment eingestellt wird, wobei die Brennkraftmaschine (12) derart betrieben wird, dass das von ihr abgegebene Drehmoment dem für das Aufheizen berechnete Optimumdrehmoment entspricht und/oder größer ist als das Minimaldrehmoment und/oder kleiner ist als das Maximaldrehmoment.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimumdrehzahl, die Minimaldrehzahl oder die Maximaldrehzahl oder das Optimumdrehmoment, das Minimaldrehmoment oder das Maximaldrehmoment variabel abhängig von Umgebungsbedingungen und/oder abhängig von einem bereits realisierten Heizfortschritt der Abgasreinigungsvorrichtung sind.