DE102008059983B4

DE102008059983B4 - Kaltstartemmissionsstrategie für Hybridfahrzeuge

Info

Publication number: DE102008059983B4
Application number: DE102008059983.2A
Authority: DE
Inventors: Halim G. Santoso; Frank Ament
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: US20090150059A1; US7778767B2; CN101451476A; CN101451476B; DE102008059983A1

Abstract

Maschinensteuermodul (30) in einem Steuersystem für den Kaltstart eines Hybridfahrzeugsystems (20) mit einer Brennkraftmaschine (22) mit mehreren Zylindern (36), einem mit den Zylindern (36) kommunizierenden Einlasskrümmer (32), einer Anzahl M von mit den Zylindern (36) kommunizierenden Kraftstoffinjektoren (38), einer Zündkerze (40) für jeden Zylinder (36), einer Lufteinlassdrosselvorrichtung (34), einem Auslasskrümmer (56) und einem sich daran anschließenden Katalysator (60) und einem Elektromotor (24) zum Starten der Brennkraftmaschine (22), wobei – das Maschinensteuermodul (30) umfasst: – ein Maschinenstartmodul (72), das dazu eingerichtet ist, – mit dem Elektromotor (24) zu kommunizieren, um die Brennkraftmaschine (22) bis zu einem bestimmten Drehzahlbereich hochzudrehen und zu bestimmen, ob ein Krümmerdruck unter einer Krümmerdruckschwelle liegt, – ein Aufwärmmodul (73), das dazu eingerichtet ist, – mit den M Kraftstoffinjektoren (38) zu kommunizieren, um Kraftstoff mittels N von M der Kraftstoffinjektoren (38) in aktivierte Zylinder (36), deren Anzahl kleiner als die Gesamtzahl der Zylinder (36) ist, einzuspritzen, wenn der Krümmerdruck kleiner als die Krümmerdruckschwelle ist und dabei darauf abzuzielen, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch führt, – mit den Zündkerzen (40) zu kommunizieren, um an einem oberen Totpunkt zu zünden, – zu bestimmen, ob eine Temperatur eines Abgassystems (56, 60) und der Brennkraftmaschine (22) größer als eine oder gleich einer Temperaturschwelle ist, – ein Katalysatorheizmodul (74), das dazu eingerichtet ist, – mit den N Kraftstoffinjektoren (38) zu kommunizieren, um eine Kraftstoffmenge in die aktivierten Zylinder (36) einzuspritzen, die zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch führt und – mit den Zündkerzen (40) zu kommunizieren, um die Zündung auf spät zu verstellen, wenn die Temperatur des Abgassystems (56, 60) und der Brennkraftmaschine (22) die Temperaturschwelle überschreitet – und das dazu eingerichtet ist, – zu bestimmen, ob der Katalysator (60) voll aktiv ist – und mit den M Kraftstoffinjektoren (38) zu kommunizieren, um in alle Zylinder (36) Kraftstoff einzuspritzen und auch die nicht aktivierten Zylinder (36') zu aktivieren, – wobei N und M ganze Zahlen sind und N kleiner als M ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuersysteme für Hybridfahrzeuge und im Spezielleren ein System und ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Hybridfahrzeug.
Hintergrund der Erfindung
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation in Bezug auf die vorliegende Offenlegung und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Wenn eine Brennkraftmaschine das erste Mal gestartet wird, sind die Maschine und das Abgassystem kalt. Ferner liegt der Einlasskrümmer-Absolutdruck (MAP) nahe dem Umgebungsdruck, da die Maschine sich zu Beginn bei einer sehr niedrigen Rate dreht. Die niedrige Temperatur und ein hoher Druck machen es schwierig, dass Kraftstoff in den Zylindern verdampft. Unvollständig verdampfter Kraftstoff wird nicht vollständig verbrannt. Der Anteil von Kraftstoff, der beim Anstarten und in dem Zeitraum kurz nach dem Anstarten nicht vollständig verbrannt wird, erzeugt ein Abgasgemisch, das mit Kraftstoff angefettet ist. Das mit Kraftstoff angefettete Gemisch erhöht die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidkonzentrationen in dem Abgas.
Fahrzeuge, die eine Brennkraftmaschine umfassen, können auch einen Katalysator zum Behandeln von Abgas umfassen. Der Katalysator katalysiert die Oxidation von Kohlenwasserstoffmolekülen und Kohlenmonoxidmolekülen wie auch die Reduktion von Stickoxiden, die in dem Fahrzeugabgas ausgestoßen werden. Beim Anstarten steuert der Katalysator die Emissionen nicht effizient, da: 1) ein höherer Anteil von Kraftstoff unverbrannt bleibt und anschließend ausgestoßen wird und 2) der Katalysator eine entsprechende Betriebstemperatur nicht erreicht hat.
Der Katalysator muss eine Betriebstemperatur erreichen, die als Anspringtemperatur bezeichnet wird, um effizient zu arbeiten. Der Katalysator erreicht die Anspringtemperatur, nachdem die Maschine und das Abgassystem von dem Maschinenbetrieb entsprechend erhitzt wurden. Die Dauer des Maschinenbetriebes, die erforderlich ist, um den Katalysator zu erhitzen, sieht eine ausreichende Maschinendrehzahl vor, um einen niedrigen MAP bereitzustellen. Die Kombination aus einem niedrigen MAP und einer erhöhten Betriebstemperatur lässt zu, dass der Kraftstoff entsprechend verdampft, was eine vollständigere Verbrennung von Kraftstoff zur Folge hat.
Es wurden Strategien verwendet, um während des Anstartens Abgasemissionen zu reduzieren und die Katalysatorleistung zu erhöhen. Solche Strategien umfassen das Erhöhen der Maschinendrehzahl im Leerlauf, das Verstellen der Zündverstellung nach spät, das Reduzieren von zugeführtem Kraftstoff und das Hinzufügen einer Sekundärluftpumpe zu dem Abgasstrom, die den Katalysator mit Sauerstoff versorgt, um die Oxidationsreaktion auszuführen.
In der DE 103 22 963 A1 sind verschiedene Strategien zur Steuerung des Betriebes und des Startens eines mit einem Abgasreinigungskatalysator verbundenen Motors offenbart. Unter vorbestimmten Bedingungen betreibt das darin beschriebene Verfahren den Motor in der Weise, dass eine erste Zylindergruppe ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt und eine zweite Zylindergruppe lediglich Luft pumpt, also ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitet. Zum Starten des Motors werden gemäß dieser Druckschrift grundsätzlich alle Zylinder in einem stöchiometrischen oder leicht unterstöchiometrischen Verhältnis mit Kraftstoff versorgt, und der Zündzeitpunkt wird auf maximales Drehmoment oder leicht spät eingestellt. Wenn ein Steuergerät feststellt, dass der Katalysator noch kalt und inaktiv ist, kann eine erste Zylindergruppe weiterhin mit den erwähnten Zündzeitpunkten betrieben werden, während der Zündzeitpunkt der zweiten Zylindergruppe auf stark spät eingestellt wird, um dem Katalysator heiße Abgase zum schnellen Erwärmen und Aktivieren zuzuführen. Es ist auch vorgesehen, eine Zylindergruppe mit einem fetten Luft/Kraftstoffgemisch und wenig Spätzündung und die andere Zylindergruppe mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch und viel Spätzündung zu betreiben. Gemäß einer ebenfalls erwähnten Variante werden zum Starten des Motors, wie bereits erwähnt, alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt und wird die Kraftstoffversorgung einer ersten Zylindergruppe unterbrochen und einer zweiten Zylindergruppe ein fettes Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt, wenn der Motor angesprungen ist.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund und im Hinblick darauf, dass die immer strenger werdenden Abgasbestimmungen auch einen möglichst schadstoffarmen Startvorgang, insbesondere Kaltstartvorgang, erfordern, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Maschinensteuermodul in einem Steuersystem für den Kaltstart eines Hybridfahrzeugsystems sowie ein Verfahren zum Durchführen eines Kaltstarts vorzuschlagen, die es ermöglichen, den Schadstoffausstoß vom Beginn des Starvorgangs an gering zu halten und den Katalysator schnell auf seine Anspringtemperatur zu bringen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die unabhängigen Ansprüche.
Weitere vorteilhafte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind gegeben, wenn der Elektromotor die Brennkraftmaschine zwischen 600 und 900 U/min antreibt, einer Drosselklappe signalisiert wird, geschlossen zu bleiben, während der Elektromotor die Brennkraftmaschine antreibt, das Verfahren ferner die Schritte umfasst, dass auf der Basis einer Zeitspanne und/oder eines Krümmerluftdrucksignals bestimmt wird, ob der Krümmerdruck kleiner als die oder gleich der Krümmerdruckschwelle ist, dass auf der Basis einer Zeitspanne und/oder von Sauerstoffsignalen bestimmt wird, ob die Temperatur die Temperaturschwelle überschreitet und dass auf der Basis einer Zeitspanne und/oder von Sauerstoffsignalen bestimmt wird, dass der Katalysator aktiv ist.

– Ein Maschinensteuermodul umfasst ein Maschinenstartmodul, das mit einem Elektromotor kommuniziert, um eine Brennkraftmaschine zu betreiben, die M Kraftstoffinjektoren umfasst, und das bestimmt, ob ein Krümmerdruck unter einer Krümmerdruckschwelle liegt. Ein Aufwärmmodul kommuniziert mit den M Kraftstoffinjektoren, um Kraftstoff in N von M der Kraftstoffinjektoren einzuspritzen, wenn der Krümmerdruck kleiner ist als die Krümmerdruckschwelle. N und M sind ganze Zahlen und N ist kleiner als M.
– Durch das Hochdrehen der Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors wird erreicht, dass im Einlasskrümmer schnell ein niedriger Absolutdruck entsteht, der das Verdampfen des Kraftstoffs begünstigt. Das Einspritzen von Kraftstoff in weniger als der Gesamtzahl der Zylinder in Verbindung mit der Einstellung eines mageren Luft/Kraftstoffgemischs und eines Zündzeitpunkts im oder nach dem oberen Totpunkt führt zu einer geringen Absolutmenge von die Zylinder verlassenden Schadstoffen, die sich mit der heißen Luft aus den nicht aktivierten Zylindern mischen. Wenn dann festgestellt wird, dass die Temperatur des Abgassystems und der Brennkraftmaschine einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Gemisch und Spätzündung umgestellt, das dann heiß genug ist, um den Katalysator anspringen zu lassen. Sobald der Katalysator voll aktiv ist, lassen sich auch die bisher nicht aktivierten Zylinder aktivieren, um in den normalen Motorbetrieb überzugehen. Der ganze Vorgang, vom Hochdrehen der Brennkraftmaschine bis der Katalysator voll aktiv, benötigt maximal 4 Sekunden, wovon die letzten zwei Sekunden bereits bei aktivem Katalysator ablaufen. Während der ersten Sekunde beim Hochdrehens der Brennkraftmaschine erfolgt noch keine Kraftstoffzufuhr, und es entstehen noch keine schädlichen Abgase, so dass nur während der zweiten Startsekunde Abgase entstehen, deren Schädlichkeit aber wegen des Magerbetriebs mit nur einem Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine gering ist. Da der Elektromotor Teil des Hybridfahrzeugsystems ist, ist dieses nicht darauf angewiesen, dass die Brennkraftmaschine ein Drehmoment erzeugt, und der Elektromotor kann einen ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine während des Magerbetriebs bewirken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich Illustrationszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung in keiner Weise einschränken.
1 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Hybridfahrzeugsystems gemäß der vorliegenden Offenlegung.
2 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Maschinensteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenlegung.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Hybrid-Kaltstartverfahrens gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht.
4 ist ein Graph eines Zylinderdrucks vs. Kurbelwinkel für eine Vierzylindermaschine, die arbeitet, während der Kraftstoffinjektor des Zylinders 2 deaktiviert ist, gemäß der vorliegenden Offenlegung.
Detaillierte Beschreibung
Die nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Es sollte einzusehen sein, dass in den Zeichnungen durchweg entsprechende Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (mehrfach genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder weitere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktion bereitstellen.
Typischerweise sind Kohlenwasserstoff(HC)- und Kohlenmonoxid(CO)-Abgasemissionen hoch, wenn eine Brennkraftmaschine das erste Mal gestartet wird. Ein Hybrid-Kaltstartsystem gemäß der vorliegenden Offenlegung kann Emissionswerte beim Anstarten reduzieren. Das System kann beinhalten, dass eine Brennkraftmaschine während des Anstartens mit einem Elektromotor betrieben wird, um den Krümmerdruck zu reduzieren. Der reduzierte Krümmerdruck fungiert gemeinsam mit einer Modifizierung der Kraftstoffeinspritz- und Zündverstellung, um ohne eine Sekundärluftpumpe Emissionen zu reduzieren und einen Katalysator auf eine effiziente Betriebstemperatur zu bringen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 umfasst ein Hybridfahrzeugsystem 20 eine Brennkraftmaschine 22 und einen Elektromotor/Generator 24 (hierin nachfolgend als „Elektromotor” bezeichnet), die selektiv ein Getriebe 26 antreiben. Antriebsdrehmoment kann von der Maschine 22 und/oder dem Elektromotor 24 über eine Kupplungsvorrichtung (nicht gezeigt) an das Getriebe 26 übertragen werden. In einem ersten Modus treibt der Elektromotor 24 die Maschine 22 unter Verwendung von Energie aus der Energiespeichervorrichtung (ESD) 28 an. In einem zweiten Modus treibt die Maschine 22 den Elektromotor 24 an, um Leistung zu erzeugen, die verwendet wird, um die ESD 28 aufzuladen. Die ESD 28 kann eine Batterie oder einen Superkondensator umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Ein Maschinensteuermodul 30 kann den Betrieb der Maschine 22, des Elektromotors 24 und des Getriebes 26 in dem ersten und dem zweiten Modus steuern.
Die Maschine 22 und der Elektromotor 24 können über ein Riemen-Lichtmaschine-Anlasser(BAS)-System (nicht gezeigt) gekoppelt sein. In einem BAS-System ist der Elektromotor 24 über ein Riemen- und Riemenscheibensystem mit der Maschine 22 gekoppelt. Alternativ kann das BAS-System durch ein Schwungrad-Lichtmaschine-Anlasser(FAS)-System (nicht gezeigt) ersetzt sein, das einen Elektromotor (nicht gezeigt) umfasst, der funktionell zwischen der Maschine 22 und dem Getriebe 26 angeordnet ist.
Luft wird über eine Drosselklappe 34 in einen Einlasskrümmer 32 gesaugt. Die Drosselklappe 34 regelt die Luftströmung in den Einlasskrümmer 32. Die Luft innerhalb des Einlasskrümmers 34 wird in Zylinder 36 verteilt. Das Maschinensteuermodul 30 kann einen oder mehrere gewählte Zylinder 36' während eines Maschinenbetriebes deaktivieren. Der gewählte Zylinder 36' ist deaktiviert, wenn das Maschinensteuermodul 30 dem entsprechenden Kraftstoffinjektor 38 nicht signalisiert, Kraftstoff in den gewählten Zylinder 36' einzuspritzen. Ein Zylinder ist aktiv, wenn das Maschinensteuermodul 30 dem entsprechenden Kraftstoffinjektor 38 signalisiert, Kraftstoff in den Zylinder 36 einzuspritzen. Jeder Zylinder 36 umfasst eine Zündkerze 40 zum Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Wenngleich 1 vier Zylinder 36 zeigt, ist einzusehen, dass die Maschine 22 zusätzliche oder weniger Zylinder 36 umfassen kann. Zum Beispiel werden Maschinen mit 5, 6, 8, 10, 12 und 16 Zylindern in Erwägung gezogen. Die Maschine 22 kann auch ein aktives Kraftstoffmanagementsystem (nicht gezeigt) vorsehen.
Das Maschinensteuermodul 30 kommuniziert mit Komponenten des Fahrzeugsystems 20 wie z. B. der Maschine 22 und zugeordneten Sensoren und Steuerungen, die hierin erläutert sind. Das Maschinensteuermodul 30 kann das Hybrid-Kaltstartsystem der vorliegende Offenlegung implementieren.
Luft wird von einem Einlass 42 durch einen Luftmassensensor 44, z. B. einen Luftmassenmesser geleitet. Der Sensor 44 erzeugt ein Luftmassen(MAF)-Signal, das eine Rate der durch den Sensor 44 strömenden Luft angibt. Einlassluft wird über die Drosselklappe 34 zu der Maschine 22 dosiert. Rein beispielhaft kann die Drosselklappe 34 ein herkömmliches Drosselklappenventil sein, das sich innerhalb des Einlassluftpfades 42 dreht. Die Drosselklappe 34 wird auf der Basis eines von einem Bediener und/oder Controller befohlenen Maschinenbetriebspunktes eingestellt. Die Position der Drosselklappe 34 wird von einem Drosselklappenpositionssensor 46 erfasst, der ein Drosselklappenpositions(DKP)-Signal erzeugt. Der Drosselklappenpositionssensor 46 kann ein Drehpotentiometer sein.
Ein Krümmerdrucksensor 48 ist in dem Maschineneinlasskrümmer 32 zwischen der Drosselklappe 34 und der Maschine 22 positioniert. Der Krümmerdrucksensor 48 erzeugt ein Krümmer-Absolutluftdruck(MAP)-Signal. Ein Krümmerlufttemperatursensor 50, der ein Krümmerlufttemperatur(MAT)-Signal auf der Basis der Einlasslufttemperatur erzeugt, kann auch in dem Maschineneinlasskrümmer 32 angeordnet sein.
Eine Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) rotiert mit einer Maschinendrehzahl oder einer Rate, die zu der Maschinendrehzahl proportional ist. Ein Kurbelwellensensor 52 erfasst die Position der Kurbelwelle und erzeugt ein Kurbelwellenpositions(KWP)-Signal. Das KWP-Signal kann mit der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle und Zylinderereignissen in Beziehung stehen. Der Kurbelwellensensor 52 kann ein herkömmlicher Sensor mit variabler Reluktanz sein. Ein Fachmann wird einsehen, dass es weitere geeignete Verfahren zum Erfassen der Maschinendrehzahl und von Zylinderereignissen gibt.
Ein Einlassventil 54 öffnet und schließt selektiv, um zuzulassen, dass Luft in den Zylinder 36 eintritt. Eine Nockenwelle (nicht gezeigt) regelt die Einlassventilposition. Ein Kolben (nicht gezeigt) verdichtet das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 36. Das Maschinensteuermodul 30 steuert die Zündkerze 40, um die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches einzuleiten, die den Kolben in dem Zylinder 36 antreibt. Der Kolben treibt eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) an, um ein Antriebsdrehmoment zu entwickeln. Verbrennungsabgas in dem Zylinder 36 wird über einen Auslasskrümmer 56 nach außen gezwungen, wenn sich ein Auslassventil 58 in einer offenen Position befindet. Eine Nockenwelle (nicht gezeigt) regelt die Auslassventilposition. Wenngleich einzelne Einlass- und Auslassventile 54, 58 veranschaulicht sind, ist einzusehen, dass die Maschine 22 mehrere Einlass- und Auslassventile 54 und 58 pro Zylinder 36 umfassen kann.
Ein Katalysator 60 behandelt Abgas, um Emissionswerte zu reduzieren. Der Katalysator 60 steuert Emissionen, indem er die Rate der Oxidation von KWs und CO erhöht und die Rate der Reduktion von Stickoxiden (NO_x) erhöht. Der Katalysator 60 benötigt Luft oder Sauerstoff, um eine Oxidation zu ermöglichen. Das Hinzufügen von Luft in den Abgasstrom des Katalysators 60 erhöht die Rate der KW- und CO-Oxidation. Die erhöhte Rate der Oxidation erhitzt schnell den Katalysator 60, was die Umwandlung von KWs, CO und NO_x deutlich begünstigt. Ein Einlass- und ein Auslass-Sauerstoffsensor 62, 64 können Sauerstoffsignale erzeugen, die von dem Maschinensteuermodul 30 verwendet werden, um den Wirkungsgrad des Katalysators 60 zu bestimmen.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Maschinensteuermodul 30 ein Maschinenstartmodul 72, ein Aufwärmmodul 73 und ein Katalysatorheizmodul 74. Das Maschinensteuermodul 30 empfängt Eingangssignale von dem Hybridfahrzeugsystem 20, die die MAF-, DKP-, MAP-, MAT-, KWP-, Sauerstoff- und Elektromotorsignale (hierin nachfolgend als „Fahrzeugsystemsignale” bezeichnet) umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Das Maschinensteuermodul 30 verarbeitet die Fahrzeugsystemsignale und erzeugt zeitgesteuerte Maschinensteuerbefehle, die an das Fahrzeugsystem 20 ausgegeben werden. Zum Beispiel können die Maschinensteuerbefehle den Elektromotor 24, die Drosselklappe 34, die Kraftstoffinjektoren 38, die Zündkerzen 40 und den Betriebsmodus des Hybridfahrzeugsystems 20 steuern.
Das Maschinenstartmodul 72 befiehlt dem Elektromotor 24, die Maschine 22 bis zu einem vorbestimmten Drehzahlbereich hochzudrehen, um den Krümmerdruck zu reduzieren. Rein beispielhaft kann ein geeigneter Bereich zwischen 600 und 900 U/min liegen, wenngleich andere Bereiche vorhersehbar sind. Während die Maschine 22 auf die vorbestimmte Drehzahl hochgedreht wird, signalisiert das Maschinenstartmodul 72 der Drosselklappe 34, geschlossen zu bleiben, um sicherzustellen, dass ein niedriger Krümmerdruck so schnell wie möglich erreicht werden kann.
Das Maschinenstartmodul 72 kann auf der Basis einer vorbestimmten Zeitspanne auf einen niedrigen Krümmerdruck warten. Alternativ kann das Maschinenstartmodul 72 auf der Basis von Fahrzeugsystemsignalen (z. B. MAP-Signalen) bestimmen, dass ein niedriger Krümmerdruck erreicht ist. Rein beispielhaft kann ein niedriger Krümmerdruck ca. 40 kPa betragen, wenngleich andere Drücke vorhersehbar sind. Das Maschinenstartmodul 72 steuert die Drosselklappe derart, um den konstanten niedrigen Krümmerdruck beizubehalten, während die Maschine 22 sich mit der vorbestimmten Drehzahl dreht. Ein niedriger Krümmerdruck kann in einer kurzen Zeitspanne (z. B. weniger als eine Sekunde) erreicht werden.
Das Aufwärmmodul 73 steuert die Kraftstoffinjektoren 38 elektronisch, um Kraftstoff in die aktiven Zylinder 36 einzuspritzen. Das Aufwärmmodul 73 wählt die deaktivierten Zylinder 36', um das räumliche Mischen des Abgases in dem Auslasskrümmer 56 zu unterstützen. Zum Beispiel können die Zylinder Nummer 2 oder 3 in einer Vierzylindermaschine deaktiviert sein. Das Aufwärmmodul 73 signalisiert den Kraftstoffinjektoren 38, unmittelbar auf ein etwas mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch abzuzielen, das in einem Hybridsystem realisierbar ist, da das Fahrzeug nicht nur darauf angewiesen ist, dass die Maschine 22 ein Drehmoment erzeugt. Der niedrige Krümmerdruck unterstützt das Gemisch aus Luft und Kraftstoff und reduziert daher die Menge an Kraftstoff, die notwendig ist, um eine robustere Verbrennung im Inneren des Zylinders 36 sicherzustellen.
Das Aufwärmmodul 73 steuert die Zündkerzen 40 der aktiven Zylinder 36 elektronisch, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch 84 zu zünden. Der Funken kann an dem oberen Totpunkt unterhalten werden, um ein heißeres Abgas zu erzeugen. Das Aufwärmmodul 73 heizt die aktiven Zylinder 36 auf, bis die Zylinderwände und das Abgassystem (d. h. der Auslasskrümmer und der Katalysator) warm sind. Das Aufwärmmodul 73 kann das Aufheizen der aktiven Zylinder 36 für eine vorbestimmte Zeitspanne fortsetzen, um das Abgassystem zu erwärmen. Alternativ kann das Aufwärmmodul 73 auf der Basis von Fahrzeugsystemsignalen (z. B. Sauerstoffsignalen), die die Leistung des Katalysators 60 angeben, bestimmen, dass das Abgassystem warm ist. Die Zylinderwände und das Abgassystem können in einer kurzen Zeitspanne (z. B. ca. einer Sekunde) erwärmt werden.
Das Katalysatorheizmodul 74 steuert die Kraftstoffinjektoren 38 elektronisch derart, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch anzufetten. Das Anfetten des Luft/Kraftstoff-Gemisches stellt mehr Abgas bereit, das CO enthält. Das Katalysatorheizmodul 74 verstellt die Zündverstellung nach spät, um eine hohe Gastemperatur in dem Abgassystem sicherzustellen. Das Vorhandensein von CO bei einer erhöhten Gastemperatur und Sauerstoff aus dem deaktivierten Zylinder 36' erzeugt Wärme über den CO-Oxidationsprozess, der in dem Abgassystem stattfindet. Das Katalysatorheizmodul 74 hält die angefettete Kraftstoffversorgung und die Zündverstellung nach spät aufrecht, bis das Katalysatorvolumen voll aktiv ist. Das Katalysatorheizmodul 74 kann auf der Basis einer vorbestimmten Zeitspanne oder auf der Basis einer Rückmeldung von Fahrzeugsystemsignalen (z. B. Sauerstoffsignalen) bestimmen, dass das Katalysatorvolumen voll aktiv ist. Der Katalysator kann in einer kurzen Zeitspanne (z. B. ca. zwei Sekunden) voll aktiv werden. Das Katalysatorheizmodul 74 aktiviert den deaktivierten Zylinder 36', indem es den entsprechenden Kraftstoffinjektor 38 aktiviert.
Unter Bezugnahme auf 3 beginnt ein Hybrid-Kaltstartverfahren 76 in Schritt 78. In Schritt 80 befiehlt das Maschinenstartmodul 72 dem Elektromotor 24, die Maschine 22 bis zu dem vorbestimmten Drehzahlbereich hochzudrehen. In Schritt 82 bestimmt das Maschinenstartmodul 72, ob ein niedriger Krümmerdruck erreicht wurde. Wenn nicht, wiederholt das Verfahren Schritt 82. Wenn ja, schreitet das Verfahren zu Schritt 83 weiter. In Schritt 83 steuert das Aufwärmmodul 73 die Kraftstoffinjektoren 38 derart, um Kraftstoff in die aktiven Zylinder 36 einzuspritzen. In Schritt 84 steuert das Aufwärmmodul 73 die Zündkerzen 40 derart, dass sie am oberen Totpunkt zünden. In Schritt 86 bestimmt das Aufwärmmodul 73, ob das Abgassystem warm ist. Wenn nicht, wiederholt das Verfahren Schritt 86. Wenn ja, schreitet das Verfahren zu Schritt 88 weiter. In Schritt 88 fettet das Katalysatorheizmodul 74 die Kraftstoffeinspritzungen an und verstellt die Zündkerzenverstellung nach spät. in Schritt 90 bestimmt das Katalysatorheizmodul 74, ob das Katalysatorvolumen voll aktiv ist. Wenn nicht, wiederholt das Verfahren Schritt 90. Wenn ja, schreitet das Verfahren zu Schritt 91 weiter. In Schritt 91 aktiviert das Katalysatorheizmodul 74 die deaktivierten Zylinder 36'. Das Hybrid-Kaltstartverfahren 76 endet in Schritt 92. Da der Katalysator nach dem Heizverfahren bereits heiß ist, wird der Einfluss des Startens der deaktivierten Zylinder 36' auf den KW-Ausstoß sehr klein sein.
Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Hybrid-Kaltstartsystem in einer Vierzylindermaschine gezeigt, die arbeitet, während der Kraftstoffinjektor des Zylinders 2 deaktiviert ist. Der Spitzenverdichtungsdruck ist in dem Zylinder 2 höher, da er nur Luft und kein Luft/Kraftstoff-Gemisch verdichtet. Reine Luft besitzt ein höheres spezifisches Wärmeverhältnis im Vergleich mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch, was zu einem höheren Spitzenverdichtungsdruck führt. Die Druckspitze in dem Zylinder 2 ist auch schmaler als in anderen Zylindern, da in dem Zylinder 2 keine Verbrennung stattfindet. Die Verbrennung erfolgt in der Nähe des oberen Totpunktes in den anderen Zylindern, was den Zylinderdruck während des Verbrennungshubes erhöht und bewirkt, dass der Druckverlauf für eine längere Dauer hoch bleibt. Wenngleich das Konzept mit einer Vierzylindermaschine veranschaulicht ist, kann ein Hybrid-Kaltstartsystem in anderen Maschinen als jenen mit nur vier Zylindern verwendet werden. Rein beispielhaft könnte der Prozess in einer V-6- oder V-8-Maschine eingesetzt werden. Im Fall einer V-6- oder V-8-Maschine würde zumindest ein Zylinder pro gruppierter Bank nicht mit Kraftstoff versorgt werden oder würde mit einem sehr mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch versorgt werden, um die fetten Abgasprodukte aus den benachbarten Zylindern zu oxidieren.
Der Fachmann wird nun aus der vorhergehenden Beschreibung einsehen, dass die umfassende Lehre der vorliegenden Offenlegung in einer Vielfalt von Formen ausgeführt werden kann. Daher soll, während die Offenlegung in Verbindung mit speziellen Beispielen davon beschrieben wurde, der wahre Schutzumfang der Offenlegung nicht in dieser Weise begrenzt sein, da für den geübten Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche weitere Abwandlungen offensichtlich werden.

Claims

Maschinensteuermodul (30) in einem Steuersystem für den Kaltstart eines Hybridfahrzeugsystems (20) mit einer Brennkraftmaschine (22) mit mehreren Zylindern (36), einem mit den Zylindern (36) kommunizierenden Einlasskrümmer (32), einer Anzahl M von mit den Zylindern (36) kommunizierenden Kraftstoffinjektoren (38), einer Zündkerze (40) für jeden Zylinder (36), einer Lufteinlassdrosselvorrichtung (34), einem Auslasskrümmer (56) und einem sich daran anschließenden Katalysator (60) und einem Elektromotor (24) zum Starten der Brennkraftmaschine (22), wobei – das Maschinensteuermodul (30) umfasst: – ein Maschinenstartmodul (72), das dazu eingerichtet ist, – mit dem Elektromotor (24) zu kommunizieren, um die Brennkraftmaschine (22) bis zu einem bestimmten Drehzahlbereich hochzudrehen und zu bestimmen, ob ein Krümmerdruck unter einer Krümmerdruckschwelle liegt, – ein Aufwärmmodul (73), das dazu eingerichtet ist, – mit den M Kraftstoffinjektoren (38) zu kommunizieren, um Kraftstoff mittels N von M der Kraftstoffinjektoren (38) in aktivierte Zylinder (36), deren Anzahl kleiner als die Gesamtzahl der Zylinder (36) ist, einzuspritzen, wenn der Krümmerdruck kleiner als die Krümmerdruckschwelle ist und dabei darauf abzuzielen, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch führt, – mit den Zündkerzen (40) zu kommunizieren, um an einem oberen Totpunkt zu zünden, – zu bestimmen, ob eine Temperatur eines Abgassystems (56, 60) und der Brennkraftmaschine (22) größer als eine oder gleich einer Temperaturschwelle ist, – ein Katalysatorheizmodul (74), das dazu eingerichtet ist, – mit den N Kraftstoffinjektoren (38) zu kommunizieren, um eine Kraftstoffmenge in die aktivierten Zylinder (36) einzuspritzen, die zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch führt und – mit den Zündkerzen (40) zu kommunizieren, um die Zündung auf spät zu verstellen, wenn die Temperatur des Abgassystems (56, 60) und der Brennkraftmaschine (22) die Temperaturschwelle überschreitet – und das dazu eingerichtet ist, – zu bestimmen, ob der Katalysator (60) voll aktiv ist – und mit den M Kraftstoffinjektoren (38) zu kommunizieren, um in alle Zylinder (36) Kraftstoff einzuspritzen und auch die nicht aktivierten Zylinder (36') zu aktivieren, – wobei N und M ganze Zahlen sind und N kleiner als M ist.
Maschinensteuermodul (30) nach Anspruch 1, das mit dem Elektromotor (24) kommuniziert, um die Brennkraftmaschine (22) zwischen 600 und 900 U/min anzutreiben.
Maschinensteuermodul (30) nach Anspruch 1, dessen Maschinenstartmodul (72) einer Drosselklappe (34) signalisiert, geschlossen zu bleiben, während der Elektromotor (24) die Brennkraftmaschine (22) antreibt.
Maschinensteuermodul (30) nach Anspruch 1, dessen Maschinenstartmodul (72) auf der Basis einer Zeitspanne und/oder eines Krümmerluftdrucksignals bestimmt, ob der Krümmerdruck kleiner als die oder gleich der Krümmerdruckschwelle ist.
Maschinensteuermodul (30) nach Anspruch 1, dessen Aufwärmmodul (73) auf der Basis einer Zeitspanne und/oder von Sauerstoffsignalen bestimmt, ob die Temperatur die Temperaturschwelle überschreitet.
Maschinensteuermodul (30) nach Anspruch 1, dessen Katalysatorheizmodul (74) auf der Basis einer Zeitspanne und/oder von Sauerstoffsignalen bestimmt, dass der Katalysator (60) aktiv ist.
Verfahren zum Durchführen eines Kaltstarts eines Hybridfahrzeugsystems (20) mit den Schritten: – Kommunizieren mit einem Elektromotor (24), um eine Brennkraftmaschine (22) mit einer Mehrzahl von Zylindern (36) bis zu einem bestimmten Drehzahlbereich hochzudrehen, – Feststellen, ob ein Krümmerdruck unter einer Krümmerdruckschwelle liegt, – Kommunizieren mit M Kraftstoffinjektoren (38) für die Mehrzahl von Zylindern (36) der Brennkraftmaschine, um Kraftstoff mittels N von den M Kraftstoffinjektoren (38) in aktivierte Zylinder (36), deren Anzahl kleiner als die Gesamtzahl der Zylinder (36) ist, einzuspritzen, wenn der Krümmerdruck kleiner als die Krümmerdruckschwelle ist, – Kommunizieren mit den N Kraftstoffinjektoren (38), um eine Kraftstoffmenge in die aktivierten Zylinder (36) einzuspritzen, die zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch führt, – Kommunizieren mit den Zündkerzen (40), um an einem oberen Totpunkt zu zünden, – Feststellen, ob eine Temperatur eines Abgassystems (56, 60) und der Brennkraftmaschine (22) größer als eine oder gleich einer Temperaturschwelle ist, – Kommunizieren mit den N von M Kraftstoffinjektoren (38), um eine Kraftstoffmenge in die aktivierten Zylinder (36) einzuspritzen, die zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch führt und mit den Zündkerzen zu kommunizieren, um die Zündung auf spät zu verstellen, wenn die Temperatur des Abgassystems (56, 60) und der Brennkraftmaschine (22) die Temperaturschwelle überschreitet, – Bestimmen, ob ein Katalysator (60) im Abgassystem (56, 60) voll aktiv ist und – Kommunizieren mit den M Kraftstoffinjektoren (38), um in alle Zylinder (36) Kraftstoff einzuspritzen und auch die nicht aktivierten Zylinder (36') zu aktivieren, wobei N und M ganze Zahlen sind und N kleiner als M ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Elektromotor (24) die Brennkraftmaschine zwischen 600 und 900 U/min antreibt.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass einer Drosselklappe (34) signalisiert wird, geschlossen zu bleiben, während der Elektromotor (24) die Brennkraftmaschine (22) antreibt.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass auf der Basis einer Zeitspanne und/oder eines Krümmerluftdrucksignals bestimmt wird, ob der Krümmerdruck kleiner als die oder gleich der Krümmerdruckschwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass auf der Basis einer Zeitspanne und/oder von Sauerstoffsignalen bestimmt wird, ob die Temperatur die Temperaturschwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass auf der Basis einer Zeitspanne und/oder von Sauerstoffsignalen bestimmt wird, dass der Katalysator (60) aktiv ist.