DE102008023394A1 - Hybridkaltstartstrategie unter Verwendung eines elektrisch beheizten Katalysators - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Brennkraftmaschinensteuersystems umfasst das Erzeugen eines Brennkraftmaschinenstartsignals, das Ermitteln, ob eine Kaltstartbedingung vorliegt, das Einschalten eines elektrisch beheizten Katalysators beruhend auf der Kaltstartbedingung, das Ermitteln der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators und das selektive Starten einer Brennkraftmaschine beruhend auf dem Brennkraftmaschinenstartsignal und der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine verbesserte Schadstoffbegrenzung und insbesondere ein System und Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Hybridfahrzeug.
  • Hintergrund
  • Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
  • Ein Hybridfahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor, um einen Fahrzeugantrieb bereitzustellen. Hybridfahrzeuge umfassen serielle Hybride und parallele Hybride. Bei seriellen Hybriden ist eine Brennkraftmaschine zum Betreiben eines Generators vorgesehen, der Leistung für einen Fahrzeugantrieb erzeugt. Bei parallelen Hybriden können der Elektromotor und die Brennkraftmaschine das Fahrzeug einzeln oder gemeinsam antreiben; wobei die Brennkraftmaschine zusätzlich die Stromquelle (Batterien) für den Motor auflädt.
  • Hybridfahrzeuge pflegen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und Fahrzeugemissionen zu verringern, indem sie nur den Elektromotor nutzen, während sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet oder sich bei niedri gen Geschwindigkeiten bewegt. Hybridfahrzeuge können eine kleinere Brennkraftmaschine als typische Fahrzeuge tragen und können dafür ausgelegt sein, die Brennkraftmaschine arbeiten zu lassen, wenn die Ladung der aufladbaren Batterie des Elektromotors unter ein vorbestimmtes Niveau fällt oder wenn das Hybridfahrzeug die zusätzliche Pferdestärke braucht. Typische Bedingungen, die die zusätzliche Pferdestärke erfordern, können schnelle Beschleunigung und hohe Lastforderungen an den Elektromotor und das Fahrzeug umfassen. Ein solcher Betrieb des Fahrzeugs kann zu einem häufigen Starten und Stoppen der Brennkraftmaschine führen.
  • Zum Verringern von Emissionen steuern Brennkraftmaschinen die Kraftstoffmenge, die verbrannt wird. Brennkraftmaschinensteuersysteme steuern ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis mit einem Ziel, ein optimales stöchiometrisches Verhältnis zu erreichen. Bei optimalem stöchiometrischem Verhältnis wird der gesamte Kraftstoff unter Verwendung des gesamten Sauerstoffs in der Luft verbrannt.
  • Die meisten modernen Fahrzeuge sind mit Dreiwege-Abgaskatalysatoren ausgestattet. „Dreiwege" bezieht sich auf die drei Emissionen, zu deren Reduktion Abgaskatalysatoren beitragen – Kohlenmonoxid, flüchtige organische Verbindungen (VOCs, kurz vom engl. Volatile Organic Compounds) und NOx. Der Abgaskatalysator nutzt zwei verschiedene Arten von Katalysatoren, einen Reduktionskatalysator und einen Oxidationskatalysator. Beide Arten umfassen eine Keramikstruktur, die mit einem metallischen Katalysator, für gewöhnlich Platin, Rhodium und/oder Palladium, beschichtet ist. Der Abgaskatalysator setzt den Katalysator einem Abgasstrom aus, während er aufgrund der hohen Kosten der Katalysatormaterialien die erforderliche Menge des Katalysators minimiert.
  • Es gibt zwei Hauptarten von Strukturen, die in Abgaskatalysatoren verwendet werden – Wabe und Keramikperlen. Der Reduktionskatalysator ist die erste Stufe des Abgaskatalysators, der typischerweise Platin und Rhodium verwendet, um zur Reduzierung der NOx-Emissionen beizutragen. Wenn die NOx-Moleküle den Katalysator kontaktieren, trennt der Katalysator den Stickstoff von dem Molekül, hält sich an dem Stickstoff fest und befreit den Sauerstoff in Form von Ox. Der Stickstoff bindet sich mit anderem Stickstoff, der ebenfalls von dem Katalysator gehalten wird, wobei N2 gebildet wird. Zum Beispiel: 2NO => N2 +O2 oder 2NO2 => N2+2O2
  • Der Oxidationskatalysator ist die zweite Stufe des Abgaskatalysators, der die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid durch Verbrennen (Oxidieren) derselben über einem Platin- und Palladiumkatalysator reduziert. Der Oxidationskatalysator reagiert das CO und Kohlenwasserstoffe mit dem restlichen Sauerstoff in dem Abgas. Zum Beispiel: 2CO + O2 => 2CO2
  • Die dritte Stufe ist ein Steuersystem, das den Abgasstrom überwacht und die Informationen zum Steuern der Kraftstoffeinspritzanlage verwendet. Typischerweise ist zwischen der Brennkraftmaschine und dem Abgaskatalysator eine Lambdasonde eingebaut Die Lambdasonde erfasst Sauerstoff in dem Abgas. Ein Brennkraftmaschinensteuersystem steigert oder senkt durch Anpassen des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses die Sauerstoffmenge in dem Abgas. Das Brennkraftmaschinensteuersystem stellt sicher, dass die Brennkraftmaschine nahe dem optimalen stöchiometrischen Verhältnis läuft und dass es genügend Sauerstoff in dem Abgas gibt, um dem Oxida tionskatalysator das Verbrennen von nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen und CO zu ermöglichen.
  • Der Abgaskatalysator funktioniert nur bei einer recht hohen Temperatur. Wenn die Brennkraftmaschine zum ersten Mal gestartet wird, ist der Abgaskatalysator beim Entfernen von Emissionen in dem Abgas erst wirksam, wenn der Abgaskatalysator eine als Anspringtemperatur bezeichnete Betriebstemperatur erreicht. Die „Anspring"-Temperatur ist der Punkt, an dem die Umwandlung von CO oder HC einen Wirkungsgrad von 50% erreicht hat. Das Starten einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator, der auf die Anspringtemperatur erwärmt werden muss, oder Kaltstarten kann ein sich wiederholender Vorgang sein, den man insbesondere bei Hybridfahrzeugen sieht, die die Brennkraftmaschine während normalen Betriebs wiederholt starten, stoppen und neu starten.
  • Eine herkömmliche Lösung bei Kaltstarten von Brennkraftmaschinen ist das Bewegen des Abgaskatalysators näher zur Brennkraftmaschine hin. Heißeres Abgas erreicht den Abgaskatalysator und erwärmt ihn schneller. Dieser Ansatz pflegt die Lebensdauer des Abgaskatalysators zu verringern, indem er ihn extrem hohen Temperaturen aussetzt. Typischerweise ist der Abgaskatalysator unter dem vorderem Beifahrersitz positioniert; weit genug weg von der Brennkraftmaschine, um die Temperatur bei so niedrigen Werten zu halten, dass sie ihn nicht beschädigt.
  • Das Vorheizen oder das zusätzliche Heizen des Abgaskatalysators ist eine andere herkömmliche Möglichkeit, um die Zeit zu verringern, die der Abgaskatalysator zum Erreichen der Anspringtemperatur benötigt. Der einfachste Weg zum Beheizen des Abgaskatalysators ist die Verwendung von elektrischen Widerstandsheizvorrichtungen, wie sie sich beispielsweise in Heizelementen finden. Diese „externen" Heizvorrichtungen werden strom aufwärts des Abgaskatalysators angeordnet, wobei sie die durchtretenden Abgase, die in den Abgaskatalysator eindringen, zusätzlich erwärmen. Das Heizelement kann katalytisches Material enthalten. Sobald der dem Heizelement zugeordnete Katalysator Anspringtemperatur erreicht, oxidiert Brennkraftmaschinenabgas, während es über den Katalysator des Heizelements strömt. Diese Oxidation setzt zusätzliche Wärme in das Abgas frei, was die Temperatur des Abgaskatalysators ebenfalls schnell auf Anspringen anhebt.
  • Die elektrischen 12-V-Systeme an den meisten Fahrzeugen liefern nicht genügend Energie, um das Heizelement schnell genug vorzuheizen. Der Fahrer muss unter Umständen vor dem Starten des Fahrzeugs mehrere Minuten warten, bis das Heizelement vorgeheizt ist. Ohne Vorheizen kühlt an dem Heizelement vorbeiströmendes Abgas den dem Heizelement zugeordneten Katalysator und erhöht die erforderliche Zeitdauer zum Erreichen der Anspringtemperatur.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines Brennkraftmaschinensteuersystems umfasst das Erzeugen eines Brennkraftmaschinenstartsignals, das Ermitteln, ob eine Kaltstartbedingung vorliegt, das Einschalten eines elektrisch beheizten Katalysators beruhend auf der Kaltstartbedingung, das Ermitteln der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators und das selektive Starten einer Brennkraftmaschine beruhend auf dem Brennkraftmaschinenstartsignal und der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung ein Brennkraftmaschinensteuersystem mit einem Kaltstartermittlungsmodul zum Ermitteln einer Brennkraftmaschinenbedingung. Ein EHC-Steuermodul schaltet selektiv einen elektrisch beheizten Katalysator zu. Ein EHC-Temperaturmodul ermittelt eine Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators. Ein Brennkraftmaschinenbetätigungsmodul dient zum selektiven Starten einer Brennkraftmaschine beruhend auf der Kaltstartermittlung und der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators.
  • Weitere Anwendungsgebiete gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beschranken sollen.
  • Zeichnungen
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschranken.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Brennkraftmaschinensteuersystems eines Hybridfahrzeugs, das mehrere Abgaskatalysatoren und einen elektrisch beheizten Katalysator umfasst;
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines Brennkraftmaschinensteuersystems eines Hybridfahrzeugs, das einen einzelnen Abgaskatalysator und einen elektrisch beheizten Katalysator nach der vorliegenden Offenbarung umfasst;
  • 3 ist ein Diagramm einer Brennkraftmaschinensteuermoduleinheit von 1 und 2; und
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Verfahrens zum Vorsehen eines Betriebs des elektrisch beheizten Katalysators gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Eingehende Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, die Anwendung oder die Nutzungsmöglichkeiten zu beschränken. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff „Modul" auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Unter Bezug nun auf 1 umfasst ein Hybridfahrzeug 10 eine Brennkraftmaschine 12 mit mehreren Zylindern 14 und einem Elektromotor 16. Die Brennkraftmaschine 12 ist mit einer Abtriebswelle 18 verbunden, die einem Getriebe 20 Drehkraft liefert. Ein Generator 22 wird durch die Brennkraftmaschine 12 angetrieben und liefert einer aufladbaren Batterie 24 Ladestrom. Der Motor 16 wandelt Energie von der Batterie 24 in mechanische Leistung um. Die mechanische Leistung wird an einer Antriebswelle des Getriebes 20 angelegt. Das Getriebe 20 kombiniert Leistung von der Brennkraftmaschine 12 und dem Motor 16, um einer Antriebsachse 25 Leistung zu liefern. Die Brennkraftmaschine 12 und der Motor 16 können gleichzeitig oder unabhängig Antrieb vorsehen.
  • Die Brennkraftmaschine 12 ist auch mit einem Abgaskrümmer 26 verbunden. Der Abgaskrümmer 26 leitet Abgas 28 von der Brennkraftmaschine 12 zu mehreren Abgaskatalysatoren 30-1, 30-2, 30-3, kollektiv 30. Die mehreren Abgaskatalysatoren 30 können Dreiwege-Abgaskatalysatoren sein. Die Abgaskatalysatoren 30-1, 30-2 können nahe an der Brennkraftmaschine eingebaut sein, um ihr effizientes Beheizen zwecks Anspringen zu fördern.
  • Der Abgaskatalysator 30-3 ist einem Heizelement 32 zugeordnet, beispielsweise einem elektrisch beheizten Katalysator (EHC, kurz vom engl. Electrically Heated Catalyst) 32, der dem Abgaskatalysator 30-3 zusätzliche Wärme liefert. Das zusätzliche Beheizen sieht eine verringerte Zeit bis zum Anspringen des Abgaskatalysators 30-3 vor. Wie sich versteht, kann der EHC 32 eine separate Anordnung sein oder integral als Teil des Abgaskatalysators 30-3 ausgebildet sein. Der EHC 32 kann durch die aufladbare Batterie 24 betrieben werden. Der Abgaskatalysator 30-3 und EHC 32 können eine integrierte „Erweiterung" einer bestehenden Abgasanlagenarchitektur sein.
  • Das Hybridfahrzeug 10 kann ein Plug-In-Hybrid sein. „Plug-In" bezeichnet Hybridfahrzeuge, die eine relativ große aufladbare Batterie 24 umfassen, die zwischen Ladevorgängen der Batterie 24 einen längeren Zeitraum vorsieht. Das Ergebnis ist eine entsprechende Ersparnis bei Kraftstoff und eine Reduzierung von Emissionen durch Ermöglichen eines Abschaltens der Brennkraftmaschine 12 über längere Zeiträume. Die Plug-In-Hybridbatterie 24 kann auch zwischen Fahrten extern aufgeladen werden, was ein Aufladen der Batterie 24 ohne Laufen der Brennkraftmaschine 12 vorsieht.
  • Ein Brennkraftmaschinensteuermodul 40 steht mit dem EHC 32, der Brennkraftmaschine 12, dem Motor 16, der Batterie 24 in Verbindung und empfängt Eingaben von einer Reihe von Sensoren. Die Sensoren können einen Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatursensor 42 und einen Umgebungstemperatursensor 44 sowie mehrere Lambdasonden 46-1, 46-2, kollektiv 46, die zwischen der Brennkraftmaschine 12 und den Abgaskatalysatoren 30-1, 30-2 angeordnet sind, umfassen. Die Lambdasonden 46 erfassen Sauerstoffgehalt im Abgas, um das Kraftstoff/Luft-Verhältnis für geeignete Stöchiometrie richtig anzupassen. Wie verständlich ist, können sich die Lambdasonden 46 an anderen Stellen befinden oder es kann auf sie verzichtet werden. Zum Beispiel liefern andere Lambdasonden 48-1, 48-2, kollektiv 48, Diagnoseinformationen bezüglich der Abgaskatalysatoren 30-1, 30-2 und können sich stromabwärts der mehreren Abgaskatalysatoren 30-1, 30-2 befinden. Ein Schalldämpfer 50 ist stromabwärts des Abgaskatalysators 30-3 angeordnet.
  • Ein Signal 52, das die Temperatur des EHC 32 anzeigt, wird ebenfalls dem Brennkraftmaschinensteuermodul 40 geliefert. Die Temperatur des EHC 32 kann mittels eines Sensors 54 direkt gemessen werden oder das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 kann die EHC-Temperatur schätzen. Dem Brennkraftmaschinensteuermodul 40 können zum Schätzen der Temperatur verschiedene Daten, einschließlich durch den EHC 32 tretender elektrischer Strom, der dem EHC 32 gelieferten elektrischen Spannung, der Volumenströmrate des durch den EHC 32 tretenden Gases und der für jeden dieser Parameter verstrichenen Zeit, geliefert werden.
  • Wie nachstehend näher beschrieben ermittelt das Brennkraftmaschinensteuermodul 40, bevor die Brennkraftmaschine 12 gestartet werden kann, ob der Abgaskatalysator 30-3 zusätzliches Beheizen erfordert. Wenn die Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur über einer vorbestimmten Temperatur liegt, besteht keine Kaltstartsituation und die Brennkraftmaschine 12 kann ohne Einschalten von EHC 32 gestartet werden. Wird eine Kaltstartbedingung detektiert, aktiviert das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 den EHC 32 und verzögert das Starten der Brennkraftmaschine 12, bis der EHC 32 auf eine vorbestimmte Temperatur aufheizt. Der vorbestimmte Temperaturwert kann auf eine Temperatur gesetzt sein, bei der der Emissionsreduktionswirkungsgrad einen Sollwirkungsgrad erreicht, wenngleich andere Sollwerte und/oder Prozentsätze verwendet werden können. Diese Temperatur kann als EHC-Anspringtemperatur bezeichnet werden.
  • Vor dem Starten der Brennkraftmaschine 12 kann der EHC 32 die Anspringtemperatur binnen 5–120 Sekunden erreichen. Der EHC 32 wird aber aufgrund des Kühlens, das eintritt, sobald das Abgas durch den EHC 32 und den Abgaskatalysator 30-3 zu strömen beginnt, wahrscheinlich einige Zeit nach Brennkraftmaschinenstart eingeschaltet bleiben. Insbesondere bleibt der EHC 32 eingeschaltet, bis der Abgaskatalysator 30-3 selbst bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden kann, ohne dass von dem EHC 32 zusätzliche Energie bereitgestellt wird.
  • Das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 kann Daten auswerten, einschließlich der Umgebungslufttemperatur, der Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur, der Abgasströmung und der dem EHC 32 gelieferten Leistung, um die Zeit zu schätzen, zu der der EHC 32 nach Brennkraftmaschinenstart eingeschaltet werden sollte. Das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 kann andere Informationen berücksichtigen, einschließlich Kraftstoff/Luft-Verhältnis und Zündverzögerungsdaten, um die Temperatur des Katalysators in dem Abgaskatalysator 30-3 zu schätzen. Diese Schätzung wird genutzt, um zu ermitteln, ob die Temperatur des Abgaskatalysators 30-3 nach Deaktivieren des EHC 32 über einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden kann.
  • Unter typischen Betriebsbedingungen hält das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 die Brennkraftmaschine 12 abgeschaltet, während der EHC 32 auf die Solltemperatur aufheizt. Sobald der EHC 32 die Temperatur erreicht, wird die Brennkraftmaschine 12 gestartet und dem EHC 32 wird weiter Leistung zugeführt, bis das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 ermittelt, dass eine Temperatur gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur mit dem Abgaskatalysator 30-3 gehalten wird, nachdem der EHC 32 abgeschaltet wurde. Zu diesem Zeitpunkt kann der EHC 32 deaktiviert werden.
  • Der Zeitraum, den der EHC 32 nach Brennkraftmaschinenstarten eingeschaltet bleibt, kann durch Implementieren zusätzlicher Brennkraftmaschinensteuerverfahren minimiert werden. Die nachstehend beschriebenen Verfahren müssen nicht erfolgen, können aber weitere Techniken zum Verringern der Einschaltzeit des EHC 32 bieten. Ein Verfahren zum Verringern der Zeit, die der EHC 32 eingeschaltet ist, umfasst das Setzen des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses auf Stöchiometrie oder mager in Bezug auf die Stöchiometrie. Brennkraftmaschinenabgasprodukte vereinen sich mit dem restlichen Sauerstoff, der in dem Kraftstoff/Luft-Gemisch vorhanden ist, und oxidieren, wenn sie am EHC 32 vorbeiströmen. Diese exotherme Reaktion setzt zusätzliche Wärme in das Abgas 28 frei und erwärmt den Abgaskatalysator 30-3 schnell. Die mit der Oxidation des Abgases 28 erzeugte zusätzliche Wärme steigt auf einen Wert, der größer als der von dem EHC 32 allein freigesetzte Wärmewert ist. Demgemäß kann der EHC 32 aufgrund des schnellen Aufwärmens des Abgaskatalysators 30-3 selbst kurz nach Brennkraftmaschinenstarten deaktiviert werden.
  • Ein zusätzliches Verfahren zum Verringern der Einschaltzeit des EHC 32 umfasst das Verzögern des Zündzeitpunkts. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt nach den oberen Totpunkt gesetzt werden, um eine Erhöhung der Temperatur des Abgases 28 vorzusehen.
  • Unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise wenn die Batterie 24 eines Aufladens bedarf oder das Hybridfahrzeug 10 maximale Pferdestärke benötigt, kann die Brennkraftmaschine 12 vor Einschalten des EHC 32 gestartet werden. Sollte die Brennkraftmaschine 12 gestartet werden, während der Abgaskatalysator 30-3 unter der Sollbetriebstemperatur liegt, kann der EHC 32 nach dem Starten der Brennkraftmaschine aktiviert werden, um die Zeit zu verringern, die der Abgaskatalysator 30-3 zum Erreichen der Solltemperatur benötigt. Die vorstehend beschriebenen verschiedenen Brennkraftmaschinenbetriebsstrategien können auch verwendet werden, um die Zeit, die für ein Einschalten des EHC 32 erforderlich ist, weiter zu verringern.
  • Unter Bezug nun auf 2 wird ein Hybridfahrzeug 80 teilweise dargestellt und umfasst einen einzelnen Abgaskatalysator 30-3. Verglichen mit Fahrzeug 10 sind die mehreren nah eingebauten Abgaskatalysatoren 30-1, 30-2 entfernt. Der Abgaskatalysator 30-3 kann den EHC 32 umfassen, oder der EHC 32 kann sich stromaufwärts des Abgaskatalysators 30-3 befinden. Lambdasonden 46 sind zwischen dem Abgaskrümmer 26 und dem Abgaskatalysator 30-3 positioniert. Der Abgaskatalysator 30-3 kann einen stromaufwärts gelegenen Katalysator 62 und einen stromabwärts gelegenen Katalysator 64 umfassen, die in einem gemeinsamen Gehäuse positioniert sind. Eine andere Lambdasonde 66 kann in dem Abgaskatalysator 30-3 zwischen dem stromaufwärts gelegenen Katalysator 62 und dem stromabwärts gelegenen Katalysator 64 positioniert sein. Die Lambdasonde 66 kann von dem Brennkraftmaschinensteuermodul 40 zum Überwachen und Anpassen des Betriebs des EHC 32 und der Abgaskatalysatoreinheit 30-3 verwendet werden.
  • Unter Bezug nun auf 3 wird das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 näher veranschaulicht. Das Brennkraftmaschinensteuermodul 40 umfasst ein Kaltstartermittlungsmodul 100, ein EHC-Steuermodul 102, ein EHC-Temperaturmodul 104, ein Brennkraftmaschinenbetätigungsmodul 106 und ein EHC-Optimierungsmodul 108. Das Kaltstartermittlungsmodul 100 ermittelt, ob eine Kaltstartbedingung vorliegt. In einem Beispiel vergleicht das Kaltstartermittlungsmodul 100 eine gemessene Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur, die von der Ausgabe des Temperatursensors 42 vorgesehen wird, mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Wenn die Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur unter dem Schwellenwert liegt, liegt eine Kaltstartbedingung vor. Das Kaltstartermittlungsmodul 100 steht mit dem EHC-Steuermodul 102 in Verbindung. Wenn eine Kaltstartbedingung vorliegt und andere Fahrzeugbedingungen nicht das EHC-Einschalten außer Kraft setzen, steuert das EHC-Steuermodul 102 das Einschalten des EHC 32. Das EHC-Steuermodul 102 steht mit dem EHC-Temperaturmodul 104 in Verbindung. Das EHC-Temperaturmodul 104 kann mittels eines Sensors, beispielsweise Temperatursensor 54, im Besitz eines Signals sein, das die Temperatur des EHC 32 anzeigt.
  • Alternativ kann das EHC-Temperaturmodul 104 die Temperatur des EHC 32 durch Überwachen der Zeit, bei der dem EHC 32 eine Größenordnung von elektrischem Strom und eine Größenordnung von elektrischer Spannung geliefert werden, schätzen. Sobald das EHC-Temperaturmodul 104 ermittelt, dass eine vorbestimmte Temperatur erreicht ist, wird mit dem Brennkraftmaschinenbetätigungsmodul 106 kommuniziert. Das Brennkraftmaschinenbetätigungsmodul 106 startet die Brennkraftmaschine 12. Das EHC-Steuermodul 102 kann den EHC 32 nach Starten der Brenn kraftmaschine 12 weiter zuschalten, bis ermittelt wird, dass der Abgaskatalysator 30-3 eine Temperatur aufrechterhält, die zum Erfüllen von Brennkraftmaschinenschadstoffnormen ausreicht. Das EHC-Optimierungsmodul 108 kann den Zündzeitpunkt auf spät verstellen und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis ändern, um die zum Einschalten des EHC 32 erforderliche Zeit zu minimieren.
  • Unter Bezug nun auf 4 stellt ein Flussdiagramm ein Verfahren 200 zum Verbessern von Brennkraftmaschinenemissionen durch Verwendung eines elektrisch beheizten Katalysators dar. Das Verfahren 200 kann als Computerprogramm umgesetzt werden, das in einem einem Computer zugeordneten Computerspeicher gespeichert ist. Der Computer und der Computerspeicher können in dem Brennkraftmaschinensteuermodul 40 enthalten sein.
  • Bei Schritt 202 wird eine Forderung zum Starten der Brennkraftmaschine erhalten. Bei Schritt 204 ermittelt die Steuerung, ob eine Kaltstartbedingung vorliegt. Wenn die Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur unter einem Schwellenwert T liegt, liegt eine Kaltstartbedingung vor und die Steuerung geht weiter zu Schritt 206, wo der Batterieladewert festgestellt wird. Wenn die Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur aber größer oder gleich T ist, kann die Brennkraftmaschine 12 bei Schritt 208 gestartet werden. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 12 wird bei Schritt 210 zu Standardbetrieb zurückgeführt und das Verfahren 200 wird bei Schritt 212 beendet.
  • Bei Schritt 206 ermittelt das Brennkraftmaschinensteuermodul 40, ob die Ladung der Batterie 24 unter ein vorbestimmtes Niveau gefallen ist. Wenn die Ladung der Batterie 24 unter dem vorbestimmten Niveau liegt, wird die Brennkraftmaschine 12 bei Schritt 214 gestartet. Wenn die Ladung der Batterie 24 nicht unter dem vorbestimmten Niveau liegt, geht die Steuerung weiter zu Schritt 215.
  • Bei Schritt 215 wird der EHC 32 eingeschaltet und die Steuerung geht weiter zu Schritt 216.
  • Bei Schritt 216 ermittelt die Steuerung, ob die Temperatur des EHC 32 größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur T1 ist. Der vorbestimmte Wert T1 kann der Anspringtemperatur zugeordnet werden, bei der mindestens 50% der Abgasprodukte verbraucht werden. Es können auch andere Temperaturwerte verwendet werden. Wenn nicht, bleibt der EHC 32 weiter eingeschaltet. Wenn ja, rückt die Steuerung zu Schritt 218 vor.
  • Bei Schritt 218 wird die Brennkraftmaschine 12 gestartet. Nach Starten der Brennkraftmaschine geht die Steuerung weiter zu Schritt 219. Schritt 219 ist optional und betrifft die Brennkraftmaschinenbetriebsteuerung zum Minimieren der Einschaltzeit von EHC 32. Insbesondere kann Schritt 219 den Zündzeitpunkt auf spät verstellen, um die Abgastemperatur anzuheben und die Zeitdauer zu verringern, die der EHC 32 eingeschaltet sein muss. Ferner kann in Schritt 219 das Kraftstoff/Luft-Verhältnis auf Stöchiometrie oder auf einen in Bezug auf die Stöchiometrie mageren Wert gesetzt werden, um die Energieabgabe durch die Oxidations- und Reduktionsreaktionen zu maximieren, die in dem Abgaskatalysator 30-3 auftreten. Die Spätverstellung der Zeitsteuerung kann zusammen mit oder getrennt von der Abwandlung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses oder umgekehrt erfolgen.
  • Bei Schritt 220 bleibt der EHC 32 weiter eingeschaltet. Die Steuerung geht weiter zu Schritt 222, wo die Steuerung ermittelt, ab der Abgaskatalysator 30-3 über einer Solltemperatur gehalten werden kann, ohne dass EHC 32 eingeschaltet wird. Wenn zusätzlicher Energieeintrag erforderlich ist, bleibt der EHC 32 eingeschaltet. Wenn das System genügend Energie zum Halten einer Solltemperatur des Abgaskatalysators 30-3 aufweist, geht die Steuerung weiter zu Schritt 224, wo dem EHC 32 keine Energie mehr zugeführt wird. Die Steuerung geht weiter zu Schritt 226, wo der Standardbrennkraftmaschinenbetrieb aufgenommen wird. Das Verfahren 200 wird bei Schritt 228 beendet.
  • Weiterhin offenbart und beschreibt die vorstehende Erläuterung lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ein Fachmann wird dieser Erläuterung und den Begleitzeichnungen und Ansprüchen ohne Weiteres entnehmen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Abänderungen darin vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Offenbarung, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind, abzuweichen.

Claims (21)

  1. Brennkraftmaschinensteuersystem umfassend: ein Kaltstartermittlungsmodul zum Ermitteln einer Brennkraftmaschinenbedingung; ein EHC-Steuermodul zum selektiven Einschalten eines elektrisch beheizten Katalysators; ein EHC-Temperaturmodul zum Ermitteln einer Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators; und ein Brennkraftmaschinenbetätigungsmodul, das zum selektiven Starten einer Brennkraftmaschine beruhend auf der Kaltstartermittlung und der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators dient.
  2. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Brennkraftmaschinenbetätigungsmodul die Brennkraftmaschine startet, wenn die Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators über einer vorbestimmten Temperatur liegt.
  3. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 2, wobei das EHC-Temperaturmodul die Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators schätzt.
  4. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 3, wobei die Temperaturschätzung auf der Zeit beruht, während der ein elektrischer Strom und eine elektrische Spannung dem elektrisch beheizten Katalysator zugeführt werden.
  5. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 4, wobei das EHC-Steuermodul den elektrisch beheizten Katalysator eingeschaltet lässt, bis eine Solltemperatur eines stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators positionierten Abgaskatalysators ohne Einschalten des elektrisch beheizten Katalysators beibehalten werden kann.
  6. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: ein EHC-Optimierungsmodul, um den Zündzeitpunkt nach den oberen Totpunkt zu setzen, um eine Abgastemperatur anzuheben und eine Zeit zu minimieren, die der Abgaskatalysator zum Erreichen der Solltemperatur benötigt.
  7. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: ein EHC-Optimierungsmodul zum Setzen eines Kraftstoff/Luft-Verhältnisses auf Stöchiometrie oder auf mager in Bezug auf die Stöchiometrie.
  8. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Brennkraftmaschinenbetätigungsmodul die Brennkraftmaschine vor Einschalten des elektrisch beheizten Katalysators startet, wenn ein Ladezustand einer Batterie unter einem vorbestimmten Niveau liegt.
  9. Brennkraftmaschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das EHC-Temperaturmodul die Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators direkt misst.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Brennkraftmaschinensteuersystems in einem Hybridfahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Brennkraftmaschinenstartsignals; Ermitteln, ob eine Kaltstartbedingung vorliegt; Einschalten eines elektrisch beheizten Katalysators beruhend auf der Kaltstartbedingung; Ermitteln einer Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators; und selektives Starten einer Brennkraftmaschine beruhend auf dem Brennkraftmaschinenstartsignal und der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einschalten des elektrisch beheizten Katalysators das Leiten von elektrischem Strom durch ein Heizelement zum Anheben der Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: Starten der Brennkraftmaschine, wenn die Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators über einer vorbestimmten Temperatur liegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Eingeschaltetlassen des Heizelements nach Starten der Brennkraftmaschine und Deaktivieren des elektrisch beheizten Katalysators beruhend auf einer Schätzung der Temperatur eines Abgaskatalysators, der stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators positioniert ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schätzung der Temperatur des Abgaskatalysators auf einer Umgebungslufttemperatur, einer Brennkraftmaschinenströmung, einer Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur und/oder einem Zündzeitpunkt beruht.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Setzen des Zündzeitpunkts nach den oberen Totpunkt, um eine Abgastemperatur anzuheben und die Zeit zu minimieren, die der Abgaskatalysator zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur benötigt.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Setzen eines Kraftstoff/Luft-Verhältnisses auf Stöchiometrie oder auf mager in Bezug auf die Stöchiometrie, um die Zeit zu minimieren, die der Abgaskatalysator zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur benötigt.
  17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ermitteln, ob eine Kaltstartbedingung vorliegt, das Ermitteln umfasst, ob eine Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur unter einem Schwellenwert liegt.
  18. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend: Starten der Brennkraftmaschine vor dem Einschalten des elektrisch beheizten Katalysators, wenn ein Ladezustand einer Batterie geringer ist als ein vorbestimmtes Niveau.
  19. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators direkt gemessen wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators geschätzt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Temperaturschätzung des elektrisch beheizten Katalysators auf der Zeit beruht, während der ein elektrischer Strom und eine elektrische Spannung dem elektrisch beheizten Katalysator zugeführt werden.
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