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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung
eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, die eine Brennkraftmaschine,
der zumindest ein Abgaskatalysator zugeordnet ist, und mindestens
eine elektrische Maschine, der mindestens ein Energiespeicher zugeordnet
ist, umfasst.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs,
insbesondere Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine, der zumindest ein
Abgaskatalysator zugeordnet ist, und mit mindestens einer elektrischen
Maschine, der mindestens ein Energiespeicher zugeordnet ist.
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Stand der Technik
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Verfahren
sowie Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus
dem Stand der Technik bekannt. Antriebsvorrichtungen, die sowohl eine
Brennkraftmaschine als auch eine elektrische Maschine aufweisen,
sogenannte Hybrid-Antriebsvorrichtungen, müssen die gleichen
Abgasvorschriften erfüllen wie normale, lediglich eine
Brennkraftmaschine aufweisende Antriebsvorrichtungen. Um die Emissionen
der Brennkraftmaschine wirksam zu verringern, ist der Brennkraftmaschine
zumindest ein Abgaskatalysator zugeordnet. Um eine optimale Abgaskonvertierung
im Abgaskatalysator zu erzielen, ist eine Mindesttemperatur des
Abgaskatalysators erforderlich. Um diese zu erreichen, wird im Stand der
Technik die Brennkraftmaschine solange nicht ausgeschaltet, bis
der Abgaskatalysator die Mindesttemperatur erreicht hat. Fällt
die Temperatur des Abgaskatalysators im Betrieb unter die Mindesttemperatur
beziehungsweise kühlt der Abgaskatalysator aus, wird die
Brennkraftmaschine ebenfalls wieder eingeschaltet, um den Abgaskatalysator
zu beheizen. Um die Mindesttemperatur möglichst schnell
zu erreichen ist es bekannt, die Brennkraftmaschine in bestimmten,
ein schnelles Aufheizen ermöglichenden Betriebsarten zu
betreiben. So beschreibt beispielsweise die
DE 100 43 366 A1 ein Verfahren,
bei dem als Heizmaßnahmen eine Änderung des Zündwinkels,
eine nach Verbrennung erfolgende Nacheinspritzung in Brennräume
der Brennkraftmaschine, eine Drosselung der von der Brennkraftmaschine
angesaugten Luft und eine Umschaltung von einem Schichtbetrieb in
einen homogenen Betrieb vorgesehen sind. Dies sind zwar einfach
durchzuführende Maßnahmen, die zu einer deutlich
schnelleren Erwärmung des Abgaskatalysators führen,
jedoch haben diese Maßnahmen eine deutliche Wirkungsgradverschlechterung
der Brennkraftmaschine zur Folge.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass der
Abgaskatalysator zum Erreichen einer vorbestimmten Mindesttemperatur
elektrisch beheizt wird. Dies kann unabhängig von einem
Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfolgen, sodass der Wirkungsgrad
der Brennkraftmaschine zum Beheizen des Abgaskatalysators nicht
verschlechtert wird. Die zum Beheizen erforderliche Energie wird
von dem Energiespeicher der elektrischen Maschine und/oder von der
elektrischen Maschine selbst im Generatorbetrieb zur Verfügung
gestellt. Der Energiespeicher der (Hybrid-)Antriebsvorrichtung weist eine
ausreichende Leistung zum zweckmäßigen Beheizen
des Abgaskatalysators auf. Zum Umsetzen der Energie in Wärme
wird vorteilhafterweise eine dem Abgaskatalysator zugeordnete oder
eine in dem Abgaskatalysator integrierte elektrische Heizeinrichtung
verwendet.
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Vorteilhafterweise
wird der Abgaskatalysator vor einem Start der Brennkraftmaschine
elektrisch beheizt. Durch das Vorheizen ist der Abgaskatalysator
beim eigentlichen Start der Brennkraftmaschine bereits einsatzbereit.
Eine hohe Kapazität des der elektrische Maschine zugeordneten
Energiespeichers erlaubt hierbei das Vorheizen des Abgaskatalysators.
Sinnvollerweise beginnt die Beheizung mit Klemme 15 (geschaltetes
Plus hinter Energiespeicher), also in dem Moment, in dem ein Zündschlüssel oder Ähnliches
in die erste Stellung nach der Aus-Stellung gedreht beziehungsweise
bewegt wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird das Beheizen beendet, wenn
die Brennkraftmaschine nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer
gestartet wird, beziehungsweise wenn der Zündschlüssel
nicht weiter in eine zweite, eine Startanforderung generierende
Stellung (Klemme 50) gedreht wird. Hierbei wird also der
Abgaskatalysator zurück in den Ruhezustand geschaltet,
wenn die Brennkraftmaschine nicht innerhalb der vorbestimmten Zeit
gestartet wird oder wenn keine Startanforderung innerhalb der vorbestimmten
Zeit erfolgt. Dadurch wird ein unnötiges Beheizen des Abgaskatalysators,
das natürlich zu Energieverlusten führen würde,
verhindert. Die Zeitdauer wird zweckmäßigerweise
derart gewählt, dass wenn die Brennkraftmaschine nicht
innerhalb der Zeitdauer gestartet wird, von einem (baldigen) Start
der Brennkraftmaschine nicht mehr ausgegangen werden kann. Durch
das vorteilhafte Verfahren wird ermöglicht, die Brennkraftmaschine schon
früh, das heißt bereits nach einer kurzen Betriebsdauer,
auszuschalten, und beispielsweise allein „elektrisch" zu
fahren, da durch das elektrische Beheizen des Abgaskatalysators
der Abgaskatalysator beim nächsten Wiederstart der Brennkraftmaschine bereits
einsatzbereit ist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach einer
Startanforderung an die Brennkraftmaschine während dem
Beheizen, also bis der Abgaskatalysator die Mindesttemperatur erreicht
hat, die Antriebsvorrichtung elektrisch betrieben wird. Wobei unter „elektrisch
Betreiben" zu verstehen ist, dass zum Antreiben des Fahrzeugs die elektrische
Maschine motorisch betrieben wird und die Brennkraftmaschine entweder
mittels einer Kupplung von der übrigen Antriebsvorrichtung
getrennt oder mitgeschleppt wird. Das verzögerte Starten
der Brennkraftmaschine nach einer Startanforderung hat den Vorteil,
dass dem Abgaskatalysator mehr Zeit gegeben wird, um die Mindesttemperatur
zu erreichen. Sobald dies geschehen ist, wird die Brennkraftmaschine
gestartet.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass der dem Abgaskatalysator von der Brennkraftmaschine
zugeführte Luftstrom vorgeheizt wird. Dies kann mittels
einer im Abgasstrang dem Abgaskatalysator vorgeschalteten Heizeinrichtung
erfolgen. Hierbei wird entweder das von der Brennkraftmaschine kommende/produzierte
Abgas zusätzlich aufgeheizt oder der von der durch die
elektrische Maschine geschleppten Brennkraftmaschine erzeugte Luftstrom
vorgeheizt. Auch wenn keine Zündungen in der Brennkraftmaschine
erfolgen, liegt, wenn die Brennkraftmaschine von der elektrischen
Maschine mitgeschleppt wird, ein Luftstrom vor, der die Wärme
transportiert und dem Abgaskatalysator zuführt, wodurch
dieser zusätzlich aufgeheizt wird.
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Ferner
ist vorgesehen, dass der Abgaskatalysator bei längerem
Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine und/oder bei längerer
Bergabfahrt des Fahrzeugs elektrisch beheizt wird. Hierdurch wird vermieden,
dass die Brennkraftmaschine, obwohl ihr Drehmoment nicht gebraucht
wird, wieder-gestartet wird, um den Abgaskatalysator aufzuheizen.
Insbesondere wenn die elektrische Maschine über einen längeren
Zeitraum hinweg generatorisch betrieben wird, kann die überschüssige
Energie, die nicht mehr dem Energiespeicher zugeführt werden
kann, zum Beheizen des Abgaskatalysators verwendet werden.
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Schließlich
ist vorgesehen, dass während dem Beheizen des Abgaskatalysators
das Kühlwasser der Brennkraftmaschine elektrisch beheizt
wird. Besonders vorteilhaft wird das Kühlwasser vorgeheizt,
wodurch der Warmlauf der Brennkraftmaschine beschleunigt und die
Emissionen der Brennkraftmaschine verringert werden.
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Die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist einen
elektrisch beheizbaren Abgaskatalysator auf, und ist insbesondere
zur Durchführung des oben stehend beschriebenen Verfahrens
geeignet. Dazu weist der Abgaskatalysator vorteilhafterweise zumindest
eine integrierte und/oder eine ihm zugeordnete elektrische Heizeinrichtung
auf.
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Bevorzugt
ist der Abgaskatalysator beziehungsweise die ihm zugeordnete Heizeinrichtung elektrisch
mit der elektrischen Maschine und/oder mit dem Energiespeicher wirkverbindbar,
sodass die von der elektrischen Maschine erzeugte Energie oder die in
dem Energiespeicher gespeicherte Energie der Heizeinrichtung des
Abgaskatalysators und/oder dem Abgaskatalysator direkt zugeführt
werden kann. Da der Energiespeicher eine hohe Kapazität
aufweist, um einen elektrischen Fahrbetrieb der Antriebsvorrichtung
beziehungsweise des Fahrzeugs zu ermöglichen, ist ausreichend
Energie vorhanden, um den Abgaskatalysator bereits vor dem Start
der Brennkraftmaschine, wie oben beschrieben, zu beheizen, sodass
der Abgaskatalysator beim Start der Brennkraftmaschine bereits einsatzbereit
ist.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass stromaufwärts des Abgaskatalysators
eine elektrische Heizeinrichtung angeordnet ist. Der von der Brennkraftmaschine
zu dem Abgaskatalysator führende Abschnitt eines Abgastrakts
der Brennkraftmaschine ist also mit der Heizeinrichtung versehen.
Mittels dieser kann der dem Abgaskatalysator zugeführte
Luftstrom beziehungsweise das dem Abgaskatalysator zugeführt
Abgas vorgeheizt werden, sodass der Luftstrom beziehungsweise das
Abgas die Wärme dem Abgaskatalysator zuführt und
ihn dadurch zusätzlich beheizt.
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Schließlich
ist vorgesehen, dass einem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine
eine elektrische Heizeinrichtung zugeordnet ist. Diese ist vorteilhafterweise
nach einer Startanforderung bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine
aktiv, um den Warmlauf der Brennkraftmaschine zu beschleunigen und
die erzeugten Emissionen zu verringern. Durch die genannten vorteilhaften
Ausbildungen der Antriebsvorrichtung ist es möglich, die
Brennkraftmaschine früh zu starten und die dann erzeugten
Abgase effektiv zu konvertieren beziehungsweise zu bereinigen/katalysieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher
erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein
Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften Verfahrens zum
Betreiben einer Antriebsvorrichtung und
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2 ein
Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Antriebsvorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
in einem Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften
Verfahrens einer Antriebsvorrichtung, die eine Brennkraftmaschine
und mindestens eine elektrische Maschine aufweist, wobei der Brennkraftmaschine
mindestens ein Abgaskatalysator zugeordnet ist und der elektrischen
Maschine mindestens ein Energiespeicher. Der Abgaskatalysator muss
erst eine Mindesttemperatur erreichen, bevor die ihm zugeführten
Abgase ausreichend bereinigt werden können. Es ist daher erforderlich,
die Temperatur des Abgaskatalysators möglichst schnell
bis zu einer Mindesttemperatur zu erhöhen. Dazu ist es
beispielsweise bekannt, mittels bestimmter Betriebsarten der Brennkraftmaschine die
Temperatur des Abgases zu erhöhen, sodass dieses den Abgaskatalysator
beheizt. Die unterschiedlichen Betriebsarten der Brennkraftmaschine
führen jedoch dabei zu einem verschlechterten Wirkungsgrad,
der ebenfalls nicht wünschenswert ist. Das vorteilhafte
Verfahren, das in der 1 schematisch dargestellt ist,
erlaubt zum Einen ein schnelles Aufheizen des Abgaskatalysators,
ohne dass die Brennkraftmaschine mit einem schlechten Wirkungsgrad betrieben
werden muss, und zum Anderen ein Aufheizen des Abgaskatalysators
ohne dass die Brennkraftmaschine überhaupt betrieben werden
muss.
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Das
Verfahren wird mit Betätigen eines Zündschlüssels
oder eines ähnlichen Instruments, das dem Fahrer zum Start
der Antriebsvorrichtung zur Verfügung steht, in einem ersten
Schritt 1 gestartet. Anschließend wird in einem
Schritt 2 überprüft, in welche Zündstellung
der Schlüssel gedreht wurde. Ist der Schlüssel
in eine erste Stellung 3 gedreht worden, in der lediglich
das geschaltete Plus hinter dem Energiespeicher (Klammer 15)
betätigt wird, erfolgt ein elektrisches Beheizen des Abgaskatalysators
in einem Schritt 4. Der Abgaskatalysator weist dazu eine
Heizeinrichtung auf, die ihm zugeordnet oder in ihm integriert ist
(siehe hierzu 2). Die elektrische Heizeinrichtung
ist dabei beispielsweise mit dem Energiespeicher und/oder der elektrischen
Maschine elektrisch wirkverbindbar, sodass dem Energiespeicher Energie
entnommen oder die von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb
erzeugte Energie dem Abgaskatalysator zum elektrischen Beheizen
zugeführt werden kann. In einer auf dem Schritt 4 folgenden
Abfrage 5 wird ermittelt, ob der Zündschlüssel
eine Position weitergedreht wurde und dadurch eine Startanforderung 6 für
die Brennkraftmaschine innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer erfolgt
ist. Mit anderen Worten wird hierbei überprüft, ob
nach Aktivieren der ersten Zündstufe 3 eine zweite
Zündstufe, die Startanforderung 6 für
die Brennkraftmaschine, innerhalb einer vorbestimmten Zeit erfolgt.
Ist dies nicht der Fall, erfolgt also keine Startanforderung, so
wird der Beheizvorgang in einem Schritt 7 beendet. Hierdurch
wird die Kapazität des Energiespeichers geschont. Solange
die Brennkraftmaschine nicht gestartet wird, ist auch ein Aufheizen beziehungsweise
ein Vorheizen des Abgaskatalysators nicht notwendig, sodass der
Beheizvorgang nach Ablauf der Zeitdauer und bei Ausbleiben einer Startanforderung 6 beendet
wird.
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Erfolgt
jedoch eine Startanforderung 6 in der vorbestimmten Zeitdauer,
oder wird der Zündschlüssel gleich zur zweiten
Zündstufe weitergedreht, so wird in einer Abfrage 8 die
aktuelle Temperatur des Abgaskatalysators ermittelt und mit einer
vorbestimmten Mindesttemperatur verglichen. Ergibt die Abfrage 8,
dass die aktuelle Temperatur des Abgaskatalysators der Mindesttemperatur
entspricht oder diese übersteigt, so wird die Brennkraftmaschine
in einem Schritt 9 gestartet. Die von der Brennkraftmaschine
dann erzeugten Abgase können von dem Abgaskatalysator,
der seine Betriebstemperatur bereits erreicht hat, problemlos behandelt/konvertiert
werden.
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Ergibt
die Abfrage 8, dass die aktuelle Temperatur des Abgaskatalysators
unterhalb der Mindesttemperatur liegt, so wird in einem Schritt 10 als Folge
der Abgaskatalysator elektrisch (weiter-)beheizt bis er die Mindesttemperatur
erreicht. Während der Abgaskatalysator in Schritt 10 beheizt
wird, ist die Antriebsvorrichtung elektrisch betreibbar (Schritt 11). Das
bedeutet, dass während der Abgaskatalysator noch aufgeheizt
wird, der Fahrer das Fahrzeug bereits elektrisch betreiben kann,
also nur mittels der motorisch betriebenen elektrischen Maschine.
Hierbei ist es denkbar, mittels der elektrischen Maschine die Brennkraftmaschine
mitzuschleppen, sodass ein Luftstrom erzeugt wird, der durch den
Abgaskatalysator strömt. Vorteilhafterweise wird dann dieser
Luftstrom mittels einer stromaufwärts des Abgaskatalysators
angeordneten Heizvorrichtung elektrisch vorgeheizt, sodass der Luftstrom
als Wärmeträger dient und die aufgenommene Wärme
an den Abgaskatalysator abgibt, wodurch dieser zusätzlich
beheizt wird. Dies beschleunigt den Beheizvorgang des Abgaskatalysators
zusätzlich.
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Insgesamt
ist es daher mittels des beschriebenen Verfahrens möglich,
den Abgaskatalysator besonders schnell aufzuheizen, ohne dass die
Brennkraftmaschine in Bereichen schlechter Wirkungsgrade betrieben
wird. Das Verfahren hat den Vorteil, dass ein Starten der Brennkraftmaschine
nur aus Gründen der Abgaskatalysatorbeheizung vermieden wird.
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Die 2 zeigt
in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Antriebsvorrichtung 12,
insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.
Die Antriebsvorrichtung 12 weist eine Brennkraftmaschine 13 sowie
eine elektrische Maschine 14 auf, die mittels einer Kupplung 15 wirkverbindbar
sind, sodass ihre Drehmomente addiert werden können. Der
elektrischen Maschine 14 ist ein Energiespeicher 16 zugeordnet.
Einem Abgastrakt 17 der Brennkraftmaschine 13 ist
ein Abgaskatalysator 18 zugeordnet, der eine elektrische
Heizeinrichtung 19 aufweist. Die Heizeinrichtung 19 ist
dabei elektrisch mit dem Energiespeicher 16 und der elektrischen
Maschine 14 verbunden. Mit der vorteilhaften Antriebsvorrichtung 12 ist
es möglich, wie oben beschrieben, den Abgaskatalysator 18 mittels
der Heizvorrichtung 19 elektrisch zu beheizen, noch bevor
die Brennkraftmaschine 13 gestartet wird. Stromaufwärts
des Abgaskatalysators 18 kann dem Abgastrakt 17 optional
eine weitere elektrische Heizeinrichtung 20 zugeordnet
werden, die das durch den Abgastrakt 17 strömende
Gasgemisch vorheizen kann. Wird die Antriebsvorrichtung gemäß Schritt 11 des vorteilhaften
Verfahrens rein elektrisch betrieben, so strömt durch den
Abgastrakt 17, wenn die Kupplung 15 geschlossen
ist, von der Brennkraftmaschine 13 geförderte
Luft durch den Abgastrakt 17. Diese wird vorteilhafterweise
mittels der Heizeinrichtung 20 vorgeheizt, sodass der Abgaskatalysator 18 zusätzlich beheizt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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