DE102005039316B4 - Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, bei welchem ein Verbrennungsmotor (20) und/oder zumindest ein Elektromotor (10) jeweils ein Drehmoment, insbesondere um zumindest ein Fahrzeugrad anzutreiben, abgeben, wobei durch eine Einstellung der Drehmomentabgabe des Elektromotors (10) und/oder der Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors (20) eine Konversionsaktivität eines Katalysatorsystems für zumindest eine Schadstoffkomponente eines durch das Katalysatorsystem geführten Abgases des Verbrennungsmotors (20) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas durch zumindest einen Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt geführt wird, welcher eine Erhöhung einer Light-Off-Temperatur um maximal 50 K für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Fahrzeuge mit Parallelhybridantrieben verfügen über einen Verbrennungsmotor sowie zumindest einen Elektromotor, der über denselben Antriebsstrang des Verbrennungsmotors zumindest ein Fahrzeugrad antreibt. Soweit der Elektromotor auch als Generator betrieben werden kann, ist in nahezu jedem Punkt des Fahrzeugbetriebskennfeldes dadurch eine motorische Unterstützung oder generatorische Zusatzbelastung durch den Elektromotor und eine gewisse Beeinflussung des Verbrennungsmotorbetriebs möglich.
  • Damit geht eine Änderung der Abgasqualität einher, insbesondere hinsichtlich des Abgasmassenstroms, der Abgastemperatur sowie der Schadstoffzusammensetzung. Eine derartige Änderung der Abgasqualität hat Auswirkungen auf die Funktion und Effizienz eines dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Katalysatorsystems.
  • Aus der EP 1 182 074 A2 ist bekannt, bei einer Katalysatortemperatur unterhalb einer charakteristischen Anspringtemperatur (Light-Off-Temperatur) durch generatorischen Betrieb des Elektromotors die Last des Verbrennungsmotors zu erhöhen und damit eine erhöhte Abgastemperatur und ein schnelleres Anspringen des Katalysatorsystems nach einem Kaltstart zu erreichen. Ferner wird vorgeschlagen, bei betriebswarmem Motor bzw. betriebswarmen Katalysatorsystem durch motorischen Betrieb des Elektromotors eine Entlastung des Verbrennungsmotors herbeizuführen.
  • Aus der DE 100 41 535 A1 ist ferner ein Hybridfahrzeug bekannt, bei dem bei nicht aktiviertem Katalysator ein Generator elektrische Energie erzeugt und damit die Last der Verbrennungsmaschine erhöht. Damit wird die Temperatur der Maschine, die Temperatur des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgases oder die Temperatur des Kühlwassers der Verbrennungskraftmaschine für eine beschleunigte Aktivierung des Katalysators erhöht.
  • Diese Betriebsweisen sind sehr einseitig auf eine Verkürzung der Light-Off-Phase ausgelegt Mit der Last des Verbrennungsmotors steigt jedoch auch die Rohemissionen an, so dass das Katalysatorsystem entsprechend aufwändig konzipiert sein muss, um die immer strenger werdenden Abgasemissions-Grenzwerte nicht zu überschreiten.
  • Die DE 103 38 871 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einem Elektromotor, jeweils zur Abgabe eines Drehmoments zum Betrieb des Fahrzeugs. Dem Verbrennungsmotor ist eine Abgasanlage mit einem Katalysatorsystem für zumindest eine Abgaskomponente zugeordnet. Ferner ist eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und Wiedergabe elektrischer Energie vorgesehen.
  • In der DE 103 33 210 A1 wird ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges beschrieben, bei dem bis zum Erreichen eines Konversionsschwellwertes des Katalysatorsystems die Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors vermindert wird und die des Elektromotors erhöht wird, während gleichzeitig die Konversationsaktivität des Katalysatorsystem zum Erreichen des Konversionsschwellwertes günstig beeinflusst wird. Dabei kann die Rohemission des Verbrennungsmotors gesenkt werden und das Katalysatorsystem weniger aufwändig konzipiert werden. So kann als Vorkatalysator beispielsweise ein Katalysator mit herabgesetztem Edelmetallgehalt eingesetzt werden. Ein Nachteil einer motornahen Anordnung des Vorkatalysators ist eine starke thermische Belastung des Vorkatalysators in Betriebspunkten des Verbrennungsmotors mit Vollast oder oberer Teillast. Thermische Belastungen können zu einer Agglomeration der Edelmetalle des Katalysators und damit zu einer geringeren aktiven Oberfläche, und diese wiederum zu einer geringeren Konvertierungsleistung sowie zu einer erhöhten Anspringtemperatur des Vorkatalysators führen.
  • Zum Schutz des Vorkatalysators gegen eine zu hohe thermische Belastung wird im Stand der Technik ein Betrieb des Verbrennungsmotors mit einem angefetteten Motor-Lambda-Wert beschrieben. Dabei wird ein Luft/Kraftstoffgemisch verwendet, das einen höheren Anteil an Kraftstoff aufweist als zur Realisierung der geforderten Leistung benötigt wird. Der überschüssige Kraftstoff entzieht dem Gemisch zusätzlich Wärme und erhöht die innere Energie des Abgases und kühlt somit den Vorkatalysator. Diese Methode zum temperaturmäßigen Schutz des Vorkatalysators wird auch als Bauteilschutz (BTS) bezeichnet. Die Anfettung des Luft/Kraftstoffgemischs für den BTS führt zu einem deutlich höheren Kraftstoffverbrauch, als es für den Betrieb bei der angeforderten Leistung notwendig wäre. Ferner wird damit das für die katalytische Abgasreinigung optimale Luft/Kraftstoffverhältnis Lambda = 1 nicht eingehalten, so dass die Konvertierungsleistung des Abgasreinigungssystems sinkt.
  • Zur weiteren Absenkung der Kohlenwasserstoff(HC)-Emissionen beim Kaltstart ist aus dem Stand der Technik bereits der Einsatz von HC-Adsorbern bekannt. Hierbei handelt es sich bevorzugt um Zeolithe, die der Beschichtung beigemischt werden. Derartige Zeolithe können bei niedrigen Temperaturen und hohen Konzentrationen Kohlenwasserstoffe adsorptiv einspeichern. Beim Kaltstart eines Verbrennungsmotors ist diese Situation gegeben, da dann der Katalysator kalt ist und hohe Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen durch die Kaltstartanreicherung und Anfettung vorhanden sind. Die Startanfettung wird anschließend im Nachstart und Warmlauf des Motors zurückgenommen, während sich gleichzeitig der Katalysator erwärmt. Dies führt zu einer Desorption von HC. Es sind verschiedene Beschichtungstechniken für die Adsorber bekannt. So wird in einem ersten Schritt ein sogenannter Washcoat, welcher Edelmetall enthält, auf einen Träger aufgebracht. In einem zweiten Schritt erfolgt das Auftragen eines Zeolithen. Damit soll sichergestellt werden, dass das Adsorptionsverhalten auch noch nach Alterung sehr gut ist, da der Zeolith auch bei höheren Temperaturen als das im Washcoat enthaltene Edelmetall stabil bleibt. Allerdings müssen Schadstoffkomponenten aus dem Abgas zuerst die Zeolith-Schicht durchdringen, um konvertiert werden zu können. Bei steigender Temperatur erwärmt sich das Edelmetall in der unter der Zeolith liegenden Washcoat-Schicht langsamer, so dass die Desorption auf der äußeren Zeolith-Schicht früher einsetzt und relativ viele Kohlenwasserstoffe unkonvertiert ausgestoßen werden. Erfolgt der Beschichtungsvorgang in umgekehrter Reihenfolge, hat dies den Nachteil, dass die edelmetallhaltige Schicht stärker thermisch altert und damit eine höhere Anspringtemperatur und geringere Konvertierungsraten aufweist. Ferner wird das Adsorptionsverhalten des Zeolithen beeinträchtigt, da die Schadstoffkomponenten erst durch den darüber liegenden edelmetallhaltigen Washcoat diffundieren müssen.
  • Ferner ist bekannt, Edelmetall, Washcoat und Zeolith vor dem eigentlichen Beschichtungsvorgang zu mischen und zusammen auf den Träger aufzubringen. Dabei entsteht im Hinblick auf Alterung und Adsorption ein gemischtes Verhalten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Hybridfahrzeuges, welches kostengünstig und konstruktiv einfach ist und mit welchem die Abgasemissions-Grenzwerte zuverlässig nicht überschritten werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs geben ein Verbrennungsmotor und/oder zumindest ein Elektromotor jeweils ein Drehmoment ab. Dabei wird durch eine Einstellung der Drehmomentabgabe des Elektromotors und/oder der Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors eine vorgebbare Konversionsaktivität eines Katalysatorsystems für zumindest eine Schadstoffkomponente eines durch das Katalysatorsystem geführten Abgases des Verbrennungsmotors eingestellt und das Abgas durch zumindest einen Katalysator oder Katalysatorabschnitt geführt, welcher eine Erhöhung einer Light-Off-Temperatur um maximal 50 K, bevorzugt um maximal 30 K und besonders bevorzugt um maximal 15 K, für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O, aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug umfasst zumindest einen Verbrennungsmotor und zumindest einen Elektromotor, zur Bereitstellung jeweils eines Drehmomentes, eine dem Verbrennungsmotor zugeordnete Abgasanlage mit einem Katalysatorsystem dessen Konversionsaktivität durch die Einstellung einer Drehmomentabgabe des Elektromotors und/oder einer Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors einstellbar ist und eine Einrichtung zur Steuerung der Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors, wobei das Katalysatorsystem zumindest einen Katalysator oder Katalysatorabschnitt aufweist, welcher eine Erhöhung einer Light-Off-Temperatur um maximal 50 K, vorzugsweise um 30 K, insbesondere um 15 K, für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.
  • Als Light-Off-Temperatur im Sinne dieser Erfindung wird eine Temperatur des Katalysators oder des Katalysatorsystems von mindestens 400°C definiert.
  • Vorzugsweise weist der Katalysator- oder Katalysatorabschnitt eine Light-Off-Temperatur von mindestens 400°C, vorzugsweise von mindestens 500°C, auf, bei welcher zumindest eine Schadstoffkomponente des Abgases, vorzugsweise HC, mit mindestens 50% umgesetzt wird.
  • Vorzugsweise kommen dabei Katalysatoren oder Katalysatorabschnitte zur Anwendung, deren Beschichtung einen Edelmetallgehalt von weniger als 10 g/ft3 (0,35 g/dm3), vorzugsweise weniger als 5 g/ft3 (0,18 g/dm3), besonders bevorzugt weniger als 2 g/ft3 (0,07 g/dm3), aufweisen. Eine Anwendung von edelmetallfreien Katalysatoren ist in besonders günstigen Einstellungen der Drehmomentabgabe und damit der Konversationsaktivität ebenfalls möglich. Besonders günstig ist der Einsatz eines edelmetallfreien Katalysators als Vorkatalysator, wobei eine Anfettung eines Motor-Lambda-Wertes gegenüber einem nicht edelmetallfreien Vorkatalysator zum Schutz des Vorkatalysators bis ca. 1100°C, ggf. bis 1200°C nicht erforderlich ist.
  • Mit der gezielten Einstellung der Drehmomentabgabe des Elektromotors und/oder der Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors wird eine vorgegebene Konversionsaktivität des Katalysatorsystems eingestellt, mit der die Schadstoffemission des Verbrennungsmotors erheblich abgesenkt werden kann. Dadurch wird es möglich, die Auslegung des Katalysatorsystems derart zu konzipieren, dass die oben definierten Katalysatoren bzw. Katalysatorsysteme eingesetzt werden können, welche zwar eine verringerte Konvertierungsleistung haben, jedoch signifikant höheren Temperaturbelastungen und wesentlich kostengünstiger sind. Bei Anwendung des Verfahrens im NEFZ werden dabei die HC-Emission von 0,1 g/km und die NOx-Emission von 0,08 g/km nicht überschritten.
  • Durch die neue Auslegung des Katalysatorsystems ergeben sich ebenfalls Möglichkeiten, den Bauteilschutz neu auszulegen. Beispielsweise ergibt sich die Möglichkeit, die Gemischanreicherung bei hohen Motorlasten und/oder hohen Motordrehzahlen zu reduzieren und somit den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen des Hybridfahrzeuges abzusenken.
  • Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Drehmomentabgabe bedarfsabhängig in Hinblick auf eine optimierte Drehmomentvorgabe, während gleichzeitig die Konversionsaktivität des Katalysatorsystems günstig zur Erreichung eines vorgegebenen Konversionsschwellwertes beeinflusst wird. Dabei kann durch Unterstützung des Katalysatoraufheizvorgangs durch den Elektromotor das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors deutlich verbessert werden, indem bei hohen Momentanforderungen nach einem Kaltstartvorgang ein Teil des Gesamt-Drehmomentes durch den Elektromotor aufgebracht wird, um den Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors bei noch nicht betriebswarmem Katalysatorsystem zu begrenzen.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Ermittlung einer Abgasemission stromab des Katalysatorsystems erfolgt und die Erhöhung bzw. Verminderung der Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors bzw. des Elektromotors derart erfolgt, dass ein vorgegebener Emissionsgrenzwert stromab des Katalysatorsystems unterschritten wird. Dies zielt auf eine Überwindung der einseitigen Auslegung der Betriebsweise eines Hybridfahrzeugs sowie auf eine Verkürzung einer Light-Off-Phase und berücksichtigt das Wechselverhältnis von Rohemission und Konversionsaktivität bei der Begrenzung der tatsächlich in die Umwelt abgegebenen Abgasemissionen. Nach einem Kaltstart des Hybridfahrzeuges wird zur Einstellung der erforderlichen Konversionsaktivität des Katalysatorsystems vorzugsweise eine Drehmomentabgabe des Elektromotors von mind. 30%, bevorzugt von mind. 50%, besonders bevorzugt von mind. 80%, eingestellt.
  • Vorzugsweise sind zur Einstellung der Konversionsaktivität des Katalysatorsystems zumindest eine Katalysatortemperatur und/oder ein Abgasmassenstrom in zumindest einem Katalysator oder Katalysatorabschnitt einstellbar. Besonders zweckmäßig ist eine Erhöhung der Katalysatortemperatur durch eine Verlegung des Zündwinkels des Verbrennungsmotors nach spät. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine Wirkungsgradverschlechterung des Verbrennungsmotors, insbesondere aufgrund einer Verlegung des Zündwinkels nach spät, durch Betrieb mit einer höheren Luftfüllung erfolgen. Hiermit kann der Abgasmassenstrom gleichzeitig mit einer Erhöhung der Katalysatortemperatur vergrößert werden. Besonders hohe Abgasreinigungsleistungen lassen sich mit Katalysatorsystemen erreichen, welche zumindest einen motornahen Vorkatalysator und zumindest einen stromab des Vorkatalysators angeordneten Hauptkatalysator umfassen. Dabei wird insbesondere die Konversionsaktivität des Vorkatalysators schnell und effektiv erhöht.
  • In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeuges kann der Verbrennungsmotor freisaugend oder mit Aufladung, z. B. mit Abgasturboladung arbeiten.
  • Das erfindungsgemäße Konzept des Hybridfahrzeuges ermöglicht in vorteilhafter Ausführung ein geringes Gesamtvolumen des Katalysatorsystems, welches kleiner als 1,3 dm3, vorzugsweise kleiner als 1,0 dm3, insbesondere kleiner als 0,5 dm3, je dm3 Motorhubvolumen ist.
  • Dem Elektromotor ist vorzugsweise ein elektrischer Energiespeicher zugeordnet. Können Verbrennungsmotor und Elektromotor mechanisch entkoppelt werden, z. B. über eine Trennkupplung, kann der Betrieb mit dem Elektromotor beispielsweise in Bereichen mit nur geringen Lastanforderungen erfolgen, in denen der Verbrennungsmotor nur geringe Wirkungsgrade aufweist, während höhere Lastanforderungen genutzt werden, um durch den Verbrennungsmotor mit dann relativ gutem Wirkungsgrad durch zusätzlichen generatorischen Betrieb des Elektromotors den elektrischen Energiespeicher wieder zu laden. Der Elektromotor wird dann bei motorischem Betrieb aus dem Energiespeicher gespeist. Darüber hinaus kann bei geschlossener Trennkupplung die Momentabgabe von Verbrennungs- und Elektromotor auch parallel erfolgen, beispielsweise um das maximale Drehmoment zu steigern.
  • Der Elektromotor weist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung im motorischen Betrieb eine maximale mechanische Leistungsabgabe von zumindest 2 kW, vorzugsweise von zumindest 6 kW, insbesondere von zumindest 9 kW, pro 1000 kg Fahrzeugleergewicht bei maximaler Spannung des elektrischen Energiespeichers und/oder im generatorischen Betrieb eine maximale elektrische Leistungsabgabe von zumindest 2 kW, vorzugsweise von zumindest 6 kW, insbesondere von zumindest 9 kW, pro 1000 kg Fahrzeugleergewicht bei maximaler Ladespannung des elektrischen Energiespeichers auf.
  • Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt dazu die 1 in schematischer Darstellung einen Hybridantrieb 1 für ein ansonsten nicht dargestelltes Hybridfahrzeug. Ein Elektromotor 10 und ein Verbrennungsmotor 20 sind mit einem Getriebe 30 gekoppelt. Bevorzugt ist eine Anordnung des Elektromotors 10 zwischen einem Kurbelwellenausgang des Verbrennungsmotors 20 und einem Getriebeeingang. Der Elektromotor 10 ist mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, beispielsweise einer aufladbaren Batterie oder dergleichen, elektrisch gekoppelt. Dem Verbrennungsmotor 20 ist eine Abgasanlage 50 mit einem motornahen Vorkatalysator 60 und einem stromab angeordneten Hauptkatalysator 70 zugeordnet. Ein Motorsteuergerät 90 empfängt von Steuersensoren 80, beispielsweise dem Fahrpedalmodul oder einem Antiblockiersystem, Steuersignale sowie von Sensoren 100 Werte von Betriebsparametern des Hybridfahrzeugs, insbesondere des Elektromotors 10, des Verbrennungsmotors 20, der Abgasanlage 50 sowie weiterer Fahrzeugkomponenten.
  • Der Verbrennungsmotor 20 ist beispielsweise ein direkt einspritzender Otto-Motor. Der Elektromotor 20 weist eine maximale Leistung von 15 KW pro Tonne Fahrzeugleergewicht auf. Bevorzugt ist ein Drehzahlbereich von 700–1.500, ideal 1.000 1/min bis 1.500 1/min.
  • Das Katalysatorsystem ist derart ausgebildet, dass der Vorkatalysator 60 ein 3-Wegekatalysator und der Hauptkatalysator 70 ein NOx-Speicherkatalysator ist. Der Vorkatalysator 60 dient vorzugsweise zur Reinigung eines stöchiometrischen Abgases und insbesondere auch zur Verbesserung der Abgasreinigung bei einem Kaltstart. Insbesondere um eine schnelle Aufheizung des Vorkatalysators 60 zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Vorkatalysator 60 eine Größe von d4,66'' × 4,5'', vorzugsweise von d4,16'' × 3,8'' und besonders bevorzugt von d4,16'' × 3,8'' aufweist, wobei der Vorkatalysator 60 mit einer Zellzahl von 600 cpsi, vorzugsweise von 900 cpsi und insbesondere als Dünnwandsubstrat ausgeführt ist. Die Edelmetallbeladung beträgt 100 g/ft3, vorzugsweise 150 g/ft3 und ist als Dreiwegebeschichtung ausgeführt. Der NOx-Speicherkatalysator 70 ist vorzugsweise zur Speicherung von Stickoxiden (NOx) bei magerem Abgas ausgelegt und weist eine Größe von d4,16'' × 4,5'', vorzugsweise von d4,66'' × 4,5'' auf bei einer Zellzahl von 600 cpsi und einer Edelmetallbeladung von 80 g/ft3, vorzugsweise von 150 g/ft3 als Dreiwegebeschichtung.
  • Zur Ermittlung und Einstellung der Konversionsaktivität des Katalysatorsystems können Werte des Abgasmassenstroms, der Rohemission von Abgaskomponenten sowie der Sauerstoffspeicherfähigkeit über Lambdasonden gemessen werden. Die Werte dieser Parameter werden in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, ggf. unter Verwendung eines Modells des Katalysatorsystems und unter Zuhilfenahme von Signalen der Sensoren 100, ermittelt und in dem Steuergeräte 90 ausgewertet.
  • Das Steuergerät 90 beinhaltet in einer bevorzugten Ausführungsform einen oder mehrere Mikroprozessoren, Datenspeicher und Schnittstellen sowie eine Einrichtung 90a mittels der in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Sensoren 80 das Gesamtdrehmoment bestimmt wird, welches vom Elektromotor 10 und dem Verbrennungsmotor 20 geliefert und zumindest teilweise dem Getriebe 30 zur Verfügung gestellt wird. Die Kopplung zwischen dem Elektromotor 10 und dem Verbrennungsmotor 20 ermöglicht sowohl eine negative als auch eine positive Drehmomentübertragung zwischen diesen beiden Komponenten.
  • Die im Einzelnen in 1 nicht genauer dargestellten Sensoren 100 umfassen Sensoren zur Messung oder Ermittlung von Betriebsparametern, vorzugsweise der Speichereinrichtung 40, des Elektromotors 10, des Verbrennungsmotors 20 und der Abgasanlage 50. Insbesondere können Lambda-Sonden in der Abgasanlage 50 stromaufwärts des Vorkatalysators 60, stromabwärts des Vorkatalysators 60, stromaufwärts des Hauptkatalysators 70 oder stromabwärts des Hauptkatalysators 70 angeordnet sein. Ferner können an verschiedenen Stellen der Abgasanlagen NOx-, SOx- oder Kohlenwasserstoffsensoren angeordnet sein. Zur Messung der Temperatur des Abgases oder des Katalysatorsystems können an verschiedenen Einbauorten Temperatursensoren vorgesehen sein.
  • Die Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors und des Elektromotors wird zur Erreichung eines vorgegebenen Konversionsschwellwertes und der Konversionsaktivität des Katalysatorsystems 60, 70 optimiert.
  • Da in den meisten Staaten der Erde die Reinigungswirkung der Abgasanlage durch gesetzliche Vorschriften für Abgasemissions-Grenzwerte vorgegeben sind, ist das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug vorzugsweise so ausgelegt, dass die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte erreicht oder unterschritten werden. In den EU-Ländern wird von dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) ein Geschwindigkeitsprofil vorgegeben, das einem typischen Stadt- und Überlandverkehrsaufkommen entsprechen soll. Die erwähnte Auslegung erfolgt daher derart, dass im NEFZ die Emissionsgrenzwerte (HC: 0,1 g/km, NOx: 0,08 g/km) bei erfindungsgemäßer Auslegung des Katalysatorsystems und elektrischer Unterstützung des Verbrennungsmotors das Niveau in einem konventionellen Betriebsmodus eines gleichen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotors bzw. Hybridfahrzeugs zumindest nicht übersteigen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantrieb mit Steuersystem
    10
    Elektromotor
    20
    Verbrennungsmotor
    30
    Getriebe
    40
    Batterie
    50
    Abgasanlage
    60
    Vorkatalysator
    70
    Hauptkatalysator
    80
    Sensoren
    90
    Motorsteuergerät
    90a
    Einrichtung zur Steuerung der Drehmomentabgabe
    100
    Sensoren

Claims (24)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, bei welchem ein Verbrennungsmotor (20) und/oder zumindest ein Elektromotor (10) jeweils ein Drehmoment, insbesondere um zumindest ein Fahrzeugrad anzutreiben, abgeben, wobei durch eine Einstellung der Drehmomentabgabe des Elektromotors (10) und/oder der Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors (20) eine Konversionsaktivität eines Katalysatorsystems für zumindest eine Schadstoffkomponente eines durch das Katalysatorsystem geführten Abgases des Verbrennungsmotors (20) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas durch zumindest einen Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt geführt wird, welcher eine Erhöhung einer Light-Off-Temperatur um maximal 50 K für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas durch zumindest einen Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt geführt wird, welcher eine Erhöhung der Light-Off-Temperatur um maximal 30 K für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas durch zumindest einen Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt geführt wird, welcher eine Erhöhung der Light-Off-Temperatur um maximal 15 K für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionswert für zumindest eine Schadstoffkomponente des Abgases stromab des Katalysatorsystems ermittelt wird und die Einstellung der Konversionsaktivität vom ermittelten Emissionswert derart erfolgt, dass ein vorgegebener Emissionsgrenzwert stromab des Katalysatorsystems unterschritten wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Konversionsaktivität des Katalysatorsystems zumindest eine Katalysatortemperatur und/oder ein Abgasmassenstrom in zumindest einem Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt eingestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Konversionsaktivität des Katalysatorsystems eine Light-Off-Temperatur von mindestens 400°C im ersten Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt eingestellt wird, bei welcher zumindest eine Schadstoffkomponente des Abgases mit mindestens 50% umgesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Kaltstart des Hybridfahrzeuges zur Einstellung der Konversionsaktivität des Katalysatorsystems eine Drehmomentabgabe des Elektromotors (10) von mind. 60% eingestellt wird.
  8. Hybridfahrzeug welches zumindest – einen Verbrennungsmotor (20) und zumindest einen Elektromotor (10), zur Bereitstellung jeweils eines Drehmomentes, – eine dem Verbrennungsmotor (20) zugeordnete Abgasanlage (50) mit einem Katalysatorsystem dessen Konversionsaktivität durch die Einstellung einer Drehmomentabgabe des Elektromotors (10) und/oder einer Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors (20) einstellbar ist und – eine Einrichtung zur Steuerung der Drehmomentabgabe (90a) des Verbrennungsmotors (20) und/oder des Elektromotors (10) umfasst, – dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorsystem zumindest einen Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt aufweist, welcher eine Erhöhung einer Light-Off-Temperatur um maximal 50 K für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.
  9. Hybridfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorsystem zumindest einen Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt aufweist, welcher eine Erhöhung der Light-Off-Temperatur um maximal 30 K für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.
  10. Hybridfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorsystem zumindest einen Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt aufweist, welcher eine Erhöhung der Light-Off-Temperatur um maximal 15 K für die Schadstoffkomponente HC nach einer Ofenalterung für 4 Stunden bei 1100°C in Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O aufweist.
  11. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsaktivität des Katalysators (60, 70) oder Katalysatorabschnittes bei einer Temperatur größer oder gleich der Light-Off-Temperatur liegt.
  12. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt eine Light-Off-Temperatur von mindestens 400°C aufweist, bei welcher zumindest eine Schadstoffkomponente des Abgases mit mindestens 50% umgesetzt wird.
  13. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (60, 70) oder Katalysatorabschnitt ein motornah angeordneter Vorkatalysator (60) ist.
  14. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorsystem zumindest einen stromab des Katalysators (60, 70) oder Katalysatorabschnitts angeordneten Haupt- und/oder NOx-Speicherkatalysator (70) aufweist.
  15. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektromotor (10) ein elektrischer Energiespeicher zugeordnet ist.
  16. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) ein freisaugender Motor ist.
  17. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) eine Abgasturboladung aufweist.
  18. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) eine mechanisch oder elektrisch angetriebene Ladeluftverdichtung aufweist
  19. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) je einen Katalysator (60, 70) pro Abgasstrang aufweist.
  20. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen des Katalysatorsystems kleiner als 1,3 dm3 je dm3 Motorhubvolumen ist.
  21. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) im motorischen Betrieb eine maximale mechanische Leistungsabgabe von zumindest 2 kW pro 1000 kg Fahrzeugleergewicht bei maximaler Spannung des elektrischen Energiespeichers aufweist.
  22. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) im generatorischen Betrieb eine maximale elektrische Leistungsabgabe von zumindest 2 kW pro 1000 kg Fahrzeugleergewicht bei maximaler Ladespannung des elektrischen Energiespeichers aufweist.
  23. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) als Kurbelwellenstartergenerator zwischen dem Verbrennungsmotor (20) und einem nachgeschaltetem Getriebe (30) angeordnet ist.
  24. Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) im Neuen Europäischen Fahrzyklus eine Kohlenwasserstoffemission von weniger als 0,1 g/km und eine Stickoxydemission von weniger 0,08 g/km bei Bereitstellung eines Drehmoments durch den Elektromotor (10) aufweist.
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