DE102012204352A1

DE102012204352A1 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102012204352A1
Application number: DE102012204352A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hammer; Oliver Zink
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: US20130231842A1; US9464587B2; FR2987587A1; FR2987587B1; DE102012204352B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (10), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine (12) und mindestens ein weiteres Antriebsaggregat (28), welches keine Brennkraftmaschine (12) ist, wobei ein Abgas der Brennkraftmaschine (12) mittels eines Abgasnachbehandlungssystems (16) behandelt wird, und wobei geprüft wird, ob sich die Brennkraftmaschine (12) in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkt befindet, und wobei dann, wenn festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine (12) nicht in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkt befindet, der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (12) unter Einsatz des weiteren Antriebsaggregats (28) in einen für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Bereich gebracht wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein Computerprogramm nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Vom Markt her bekannt sind Kraftfahrzeuge, insbesondere Dieselkraftfahrzeuge, die ein Abgasnachbehandlungssystem aufweisen, welches beispielsweise einen SCR-Katalysator (SCR bedeutet "selective catalytic reduction") umfasst. Damit wird es ermöglicht, Stickoxide (NOx) im Abgas zu reduzieren. In Abhängigkeit von einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, einer Temperatur des Abgases bzw. des SCR-Katalysators sowie von weiteren Parametern kann die Reduktion der Stickoxide ("NOx-Umsatz") unterschiedlich stark sein.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein Computerprogramm nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass bei einem Kraftfahrzeug mit einem so genannten Hybridantrieb Stickoxide (NOx) im Abgas einer Brennkraftmaschine besonders gut reduziert werden können, was bedeutet, dass ein so genannter "NOx-Umsatz" maximiert werden kann. Beispielsweise eine Betriebstemperatur eines Abgasnachbehandlungssystems – insbesondere eines Katalysators – der Brennkraftmaschine und/oder ein Anteil von NOx-Rohemissionen im Abgas können bzw. kann optimal eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine und mindestens ein weiteres Antriebsaggregat, welches keine Brennkraftmaschine ist, wobei ein Abgas der Brennkraftmaschine mittels eines Abgasnachbehandlungssystems behandelt wird. Dabei umfasst das Abgasnachbehandlungssystem mindestens einen Abgas-Katalysator. Erfindungsgemäß wird geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkt befindet. Wenn dabei festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine nicht in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkt befindet, dann wird der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine unter Einsatz des weiteren Antriebsaggregats in einen für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Bereich gebracht.
Ein "günstiger" Betriebspunkt im Sinne der Erfindung ist es, wenn Betriebsgrößen – insbesondere ein Drehmoment und/oder eine Drehzahl – der Brennkraftmaschine und/oder Betriebsgrößen des Abgasnachbehandlungssystems Werte aufweisen, welche besonders niedrige NOx-Rohemissionen (stromaufwärts des die Stickoxide reduzierenden Katalysators) und/oder einen besonders niedrigen NOx-Anteil im Abgas stromabwärts des Katalysators und/oder ein besonders schnelles Erreichen einer Betriebstemperatur des Katalysators zur Folge haben. Dabei kann zumindest zeitweise auch ein nach vorgebbaren Kriterien gewählter Kompromiss der besagten Betriebsgrößen ein günstiger Betriebspunkt sein. Es ist bekannt, dass ein Katalysator unterhalb einer spezifischen Betriebstemperatur nur vergleichsweise schlechte NOx-Konvertierungseigenschaften aufweist. Im einfachsten Fall wird der "günstige" Betriebspunkt also durch einen Betriebsparameter definiert, der in einem bestimmten Verhältnis zu einem festgelegten Grenzwert steht.
Insbesondere wird erfindungsgemäß das mindestens eine weitere Antriebsaggregat dazu verwendet, um den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine gegebenenfalls zu verändern. Beispielsweise kann mittels des weiteren Antriebsaggregats die Brennkraftmaschine entlastet werden, wenn das Antriebsaggregat unterstützend verwendet wird. Damit kann ein so genannter Hochlastbetrieb, welcher im Allgemeinen einen ungünstigen (also "nicht günstigen") Betriebspunkt darstellt, im Wesentlichen vermieden werden. Ebenso kann in Abhängigkeit von einer jeweiligen Ausführungsform des weiteren Antriebsaggregats dieses gegebenenfalls so betrieben werden, dass die Brennkraftmaschine zusätzlich belastet wird. Damit kann ebenso ein so genannter Niedriglastbetrieb der Brennkraftmaschine, welcher auch einen ungünstigen Betriebspunkt darstellen kann, vermieden werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Bereich der für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkte der Brennkraftmaschine durch mindestens ein Kennfeld und entsprechende Grenzwerte definiert, wobei das mindestens eine Kennfeld durch einen effektiven Mitteldruck in einem Brennraum (Zylinder) der Brennkraftmaschine und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine oder äquivalente Größen gebildet wird. Dabei charakterisiert der effektive Mitteldruck im Wesentlichen ein Drehmoment der Brennkraftmaschine. Beispielsweise kann mittels des Kennfelds ein dreidimensionaler Zusammenhang zwischen dem Mitteldruck, der Drehzahl und einem NOx-Umsatz in dem Katalysator beschrieben sein. Ebenso kann mittels des (bzw. eines anderen) Kennfelds ein dreidimensionaler Zusammenhang zwischen dem Mitteldruck, der Drehzahl und einer Temperatur des Katalysators und/oder des Abgases beschrieben sein. Damit werden wesentliche Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine in einen für das Verfahren besonders geeigneten Zusammenhang gebracht. Kennfelder eignen sich besonders gut, um die Brennkraftmaschine und das Abgasnachbehandlungssystem charakterisierende Größen zu beschreiben.
Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass bei der Bestimmung des für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkts mindestens eine der folgenden Eingangsgrößen berücksichtigt wird:

– Temperatur des Abgases;
– Volumenstrom des Abgases;
– Konzentration von Kohlenwasserstoffen (HC) im Abgas;
– Konzentration von Stickoxiden im Abgas stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems (NOx-Rohemissionen);
– Konzentration von Stickoxiden im Abgas stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems;
– Verhältnis von NO2 (Stickstoffdioxid) zu NOx (übrige Stickstoff-Sauerstoffverbindungen) im Abgas;
– Enthalpie des Abgases;
– Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems;
– Fahrerwunschmoment;
– eingelegter Gang; und/oder
– Ladezustand eines Energiespeichers;

Ergänzend zu diesen Größen kann auch eine Menge eines in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachten Reduktionsmittels und/oder eine Qualität der Vermischung ("Gleichverteilung") des Reduktionsmittels in dem Abgas den als günstig definierten Betriebspunkt zusätzlich bestimmen. Weiterhin kann der als günstig definierten Betriebspunkt von einer jeweiligen Ausführungsform der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasnachbehandlungssystems, beispielsweise einer jeweiligen Katalysatortechnologie abhängen. Unter Berücksichtigung von mindestens einer – vorzugsweise mehrerer – der hier beschriebenen Größen kann der als günstig definierte Betriebspunkt insbesondere in Bezug auf den NOx-Umsatz des Katalysators vorteilhaft ermittelt werden. Dies erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von in dem Kennfeld abgespeicherter Daten.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor ist, und dass das Abgasnachbehandlungssystem einen SCR-Katalysator (SCR bedeutet "selective catalytic reduction") umfasst. Dieselmotoren erzeugen im Allgemeinen einen besonders hohen NOx-Anteil in Bezug auf die Abgas-Rohemissionen, und ein SCR-Katalysator kann die Stickoxide im Abgas besonders stark vermindern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders wirkungsvoll durchgeführt werden, wenn das weitere Antriebsaggregat über einen zusätzlichen elektrischen, hydraulischen oder thermischen Speicher mit Energie versorgt wird, insbesondere ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor ist. Der Elektromotor kann auf einfache Weise im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zugeschaltet oder abgeschaltet werden, und kann außerdem ebenso einfach zwischen einem Motorbetrieb und einem Generatorbetrieb umgeschaltet werden. Im Generatorbetrieb kann vorzugsweise eine Batterie oder ein sonstiger elektrischer Energiespeicher des Kraftfahrzeugs aufgeladen werden, wodurch die Brennkraftmaschine in einem Schwachlastbetrieb wie oben erwähnt zusätzlich belastet und somit in einem günstigeren Betriebspunkt betrieben werden kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass das Drehmoment und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine vorzugsweise einen in etwa mittleren Wert aufweisen. Vorliegend wird unter einem "mittleren" Wert des Drehmoments verstanden, dass das Drehmoment in etwa zwischen 20 Prozent und 50 Prozent eines maximalen Drehmoments der Brennkraftmaschine beträgt. Unter einem "mittleren" Wert der Drehzahl wird verstanden, dass die Drehzahl in etwa zwischen 20 Prozent und 80 Prozent einer maximalen Drehzahl der Brennkraftmaschine beträgt. Wenn also das Drehmoment und die Drehzahl jeweils "mittlere" Werte aufweisen, dann können sowohl die Betriebstemperatur des SCR-Katalysators optimiert als auch der erzielte NOx-Umsatz des Abgasnachbehandlungssystems maximiert werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass unter Verwendung von mindestens einer der oben beschriebenen Eingangsgrößen eine ein Fahrerwunschmoment charakterisierende Größe und/oder eine ein Lastverhältnis der Brennkraftmaschine und des Elektromotors charakterisierende Größe ermittelt wird, und dass die ermittelte Größe bzw. die ermittelten Größen an eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Brennkraftmaschine und für den Elektromotor übermittelt werden. Dadurch kann unter Berücksichtigung eines aktuellen Fahrerwunschmoments, eines aktuellen Betriebspunkts der Brennkraftmaschine und des Elektromotors, sowie weiterer Größen mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine unter Einsatz des Elektromotors in einen für die Abgasnachbehandlung als günstig bewerteten Bereich gebracht werden.
Ergänzend ist vorgesehen, dass ein unterer und ein oberer Grenzwert vorgegeben werden, um das Fahrerwunschmoment bzw. eine daraus ermittelte "Momentenanforderung" der Steuer- und/oder Regeleinrichtung zu begrenzen. Damit kann – in Abhängigkeit von einer jeweiligen Fahrsituation – das Fahrerwunschmoment gegebenenfalls auf ein sinnvolles Maß beschränkt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einem vergleichsweise geringen Drehmoment und/oder geringer Drehzahl der Brennkraftmaschine der Elektromotor als Generator betrieben wird, um die Brennkraftmaschine zusätzlich zu belasten und sie so in den gewünschten Betriebspunktbereich zu bringen. Somit kann die Brennkraftmaschine mittels "Lastaufschaltung" in einem günstigeren Bereich des Drehmoments und der Drehzahl betrieben und somit der NOx-Umsatz im Katalysator erhöht werden. Die gewonnene elektrische Energie wird vorzugsweise zum Laden einer dem Elektromotor zugeordneten Batterie verwendet.
Entsprechend dazu kann bei einem vergleichsweise hohen Drehmoment und/oder hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine das weitere Antriebsaggregat bzw. der Elektromotor als Motor betrieben werden, um die Brennkraftmaschine zu entlasten und sie so in den gewünschten Betriebspunktbereich zu bringen. "Hochlastpunkte" der Brennkraftmaschine mit einem niedrigen NOx-Umsatz im Katalysator können also durch Aufschaltung des weiteren Antriebsaggregats vermieden werden. Dabei kann – im Fall des Elektromotors – die im Generatorbetrieb zuvor gespeicherte Energie vorteilhaft zum Antrieb verwendet werden. Beispielsweise ermöglicht die Aufschaltung des Elektromotors es, hohe NOx-Anteile während eines Betriebs außerhalb eines applizierbaren Stellbereichs einer Abgasrückführung der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, die Brennkraftmaschine für eine bestimmte Dauer ganz abzuschalten und den bzw. die Elektromotor(en) als alleinigen Antrieb in der Antriebseinrichtung zu nutzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders einfach und sicher durchführbar, wenn es unter Verwendung von gespeicherten Daten und/oder mindestens eines Kennfelds und/oder mindestens einer mathematischen Operation durchgeführt wird. Dies erfolgt beispielsweise in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung, welche insbesondere ein Computerprogramm umfasst, das dazu programmiert ist, die Antriebseinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise zu betreiben.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe, einem Abgasnachbehandlungssystem und einem Elektromotor;
2 ein Diagramm mit einem NOx-Umsatz über einer Drehzahl und einem effektiven Mitteldruck;
3 ein Diagramm mit einer Temperatur eines SCR-Katalysators über der Drehzahl und dem effektiven Mitteldruck; und
4 ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben der Antriebseinrichtung.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Antriebseinrichtung 10 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs. In einem in der Zeichnung linken oberen Bereich ist eine Brennkraftmaschine 12 symbolisch dargestellt, welche über ein Abgasrohr 14 Abgas in ein Abgasnachbehandlungssystem 16 einströmen kann. Vorliegend ist die Brennkraftmaschine 12 als Dieselmotor ausgeführt. Das Abgasnachbehandlungssystem 16 ist in einem in der Zeichnung unteren Bereich dargestellt und wird in der Zeichnung im Wesentlichen von links nach rechts von dem Abgas durchströmt. Das Abgasnachbehandlungssystem 16 weist dazu in Flussrichtung des Abgases einen Diesel-Oxidationskatalysator 18, einen Dieselpartikelfilter 20, eine Zuführeinrichtung 22 für eine wässrige Harnstofflösung 24, und einen SCR-Katalysator 26 auf (SCR bedeutet "selective catalytic reduction"). In einem in der Zeichnung linken mittleren Bereich sind ein Elektromotor 28 sowie ein Getriebe 30 angeordnet. Der Elektromotor 28 kann über eine elektrische Leitung 32 mit einer Batterie 34 elektrische Energie austauschen. Das Getriebe 30 ist über eine Welle 36 mit der Brennkraftmaschine 12 gekoppelt, und über eine Welle 38 mit dem Elektromotor 28 gekoppelt. In der Zeichnung links des Getriebes 30 sind Antriebsräder 40a und 40b des Kraftfahrzeugs gezeichnet, welche jeweils über eine Welle 42a und 42b mit dem Getriebe 30 gekoppelt sind.
Das Abgasnachbehandlungssystem 16 der Brennkraftmaschine 12 umfasst weiterhin eine Lambdasonde 62 stromaufwärts des Diesel-Oxidationskatalysators 18, und jeweils einen NOx-Sensor 64 stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators 26. Weiterhin umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 16 ergänzend vier Temperatursensoren 66, welche an verschiedenen Stellen in dem Abgasnachbehandlungssystem 16 angeordnet sind. Weiterhin ist die Harnstofflösung 24 in einem Behälter 68 angeordnet, welcher über eine hydraulische Leitung 70 mit der Zuführeinrichtung 22 verbunden ist.
In einem oberen mittleren Bereich der Zeichnung ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 angeordnet, welche ein Computerprogramm 46 und einen Datenspeicher 48 umfasst. Der Datenspeicher 48 umfasst mindestens ein Kennfeld 49. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 ist über elektrische Leitungen 50 und 52 mit Komponenten der Brennkraftmaschine 12 verbunden sowie über elektrische Leitungen 54 und 56 mit Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 16.
Weiterhin ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 mit elektrischen Leitungen 58 mit dem Elektromotor 28 verbunden, sowie über elektrische Leitungen 60 mit der Batterie 34. Die elektrischen Leitungen 50, 52, 54, 56, 58 und 60 charakterisieren jeweils eine mögliche Mehrzahl einzelner elektrischer Verbindungen, welche in der 1 nicht gesondert dargestellt sind. Weiterhin werden Signale eines Gaspedals 57, eines Bremspedals 59 und eines Kupplungspedals 61 an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 übermittelt.
Aus einer Position des Gaspedals 57, gegebenenfalls noch zusätzlich des Bremspedals 59 und des Kupplungspedals 61 sowie aus einem in dem Getriebe 30 eingelegten Gang kann eine ein Fahrerwunschmoment charakterisierende Größe 63 ermittelt werden.
Ebenso kann eine ein Lastverhältnis der Brennkraftmaschine 12 und des Elektromotors 28 charakterisierende Größe 120 (siehe die 4) ermittelt werden. Das Lastverhältnis lässt sich beispielsweise definieren als Quotient aus einer aktuellen mechanischen Leistung des Elektromotors 28 zu einer aktuellen mechanischen Leistung der Brennkraftmaschine 12, welche in der Summe den Antrieb des Kraftfahrzeugs bewirken. Vorliegend führt die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 sowohl die Ermittlung der Größen 63 und 120 als auch die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine 12 und des Elektromotors 28 durch. Es ist jedoch auch möglich, die Größen 63 und 120 in einer baulich getrennten Einheit zu ermitteln und danach an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 zu übermitteln.
Im Betrieb der Antriebseinrichtung 10, beziehungsweise des zugehörigen Kraftfahrzeugs, steuert die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 die Brennkraftmaschine 12, den Elektromotor 28 und das Abgasnachbehandlungssystem 16. Dazu wertet die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 aktuelle Positionen des Gaspedals 57, des Bremspedals 59, des Kupplungspedals 61 sowie eine Vielzahl weiterer Betriebszustände und/oder Signale aus. Dies betrifft insbesondere die Brennkraftmaschine 12 bzw. die in der Brennkraftmaschine 12 verbauten Komponenten, den Elektromotor 28, die Batterie 34, das Getriebe 30, die Antriebsräder 40a und 40b sowie Signale der oben beschriebenen Sensoren des Abgasnachbehandlungssystems 16. Weiterhin kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 lesend und schreibend auf den Datenspeicher 48 zugreifen, wobei sie unter Verwendung der gespeicherten Daten und/oder des Kennfelds 49 und/oder mathematischer Operationen die Brennkraftmaschine 12, den Elektromotor 28 und das Abgasnachbehandlungssystem 16 steuert und/oder regelt.
2 zeigt ein erstes Diagramm zur Darstellung von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 12. Auf der Abszisse des gezeigten Koordinatensystems ist eine Drehzahl 78 der Brennkraftmaschine 12 aufgetragen. Auf der zugehörigen Ordinate ist ein effektiver Mitteldruck 80 in einem Brennraum der Zylinder der Brennkraftmaschine 12 aufgetragen. Der effektive Mitteldruck 80 charakterisiert ein Drehmoment der Brennkraftmaschine 12. Als dritte Größe ist in dem Koordinatensystem der 2 ein NOx-Umsatz 82 eingetragen, wobei in der Zeichnung durch verschiedenartige graphische Muster charakterisierte Flächen entsprechende Wertebereiche des NOx-Umsatzes 82 darstellen. Eine Zuordnung der Werte des NOx-Umsatzes 82 zu den graphischen Mustern ist durch eine Werteskala 84 im rechten Bereich von 2 dargestellt. Die Werteskala 84 ist mit Wertebereichen 81, 83, 85, 87 und 89 zwischen Null und Eins bemaßt, wobei ein Wert Null einen schlechten NOx-Umsatz 82 und ein Wert Eins einen besonders guten NOx-Umsatz 82 in dem SCR-Katalysator 26 charakterisiert. Die Werte des vorliegenden Diagramms können beispielsweise in dem Kennfeld 49 abgespeichert sein.
Man erkennt, dass in einem in etwa mittleren Bereich des Diagramms ein "günstiger" Bereich vorliegt, welcher im Wesentlichen dem Wertebereich 89 entspricht. In dem Wertebereich 89 kann also ein guter bis maximaler NOx-Umsatz 82 mit Werten zwischen in etwa 0,8 und 1 erfolgen. In einem oberen Bereich des Diagramms liegt der NOx-Umsatz 82 in einem Bereich von in etwa 0,1 bis 0,4 und ist daher als ungünstig zu bezeichnen. Einzelne Flächen 91 weisen zwar gute Werte bis in etwa Eins auf, jedoch sind diese Flächen 91 vergleichsweise klein. In einem unteren Bereich des Diagramms ist der NOx-Umsatz 82 wiederum ungünstig. Der besagte "mittlere" Bereich umfasst Werte des effektiven Mitteldrucks 80 in etwa zwischen 20 Prozent und 50 Prozent eines maximalen effektiven Mitteldrucks 80 der Brennkraftmaschine 12, und Werte der Drehzahl 78 in etwa zwischen 20 Prozent und 80 Prozent einer maximalen Drehzahl 78 der Brennkraftmaschine 12.
Die 2 zeigt also, dass ein Bereich für einen besonders guten NOx-Umsatz 82 in dem SCR-Katalysator 26 in einem mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine 12 liegt. Bei vergleichsweise hohen und vergleichsweise niedrigen Lasten (entsprechend einer jeweiligen Drehzahl 78 und/oder einem jeweiligen Drehmoment der Brennkraftmaschine 12) ist der NOx-Umsatz 82 relativ ungünstig. Unter Verwendung des in der 2 dargestellten Diagramms bzw. des Kennfelds 49 sowie einer Reihe weiterer Informationen (siehe die 1) kann die Steuerung bzw. Regelung der Antriebseinrichtung 10 optimiert erfolgen. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine 12 derart gesteuert und/oder geregelt, dass das Drehmoment und/oder die Drehzahl 78 vorzugsweise einen in etwa mittleren Wert aufweisen. Unter anderem werden die durch den Elektromotor 28 ermöglichten Freiheitsgrade (Hybridantrieb) ausgenutzt, um sowohl den Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung 10 als auch die Abgaszusammensetzung – insbesondere den NOx-Umsatz 82 – zu optimieren. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 übernimmt sozusagen die Funktion eines "SCR-Betriebspunktkoordinators".
Weiterhin kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 12 ein zügiges Erreichen einer Mindestbetriebstemperatur des SCR-Katalysators 26 ermöglichen, wobei zugleich dank des Diagramms Betriebszustände der Brennkraftmaschine 12 bevorzugt werden können, welche dabei einen optimierten NOx-Umsatz 82 ermöglichen. Weitere Parameter, wie beispielsweise eine Abgasenthalpie (Katalysatorerwärmung) sowie ein Anteil sogenannter NOx-Rohemissionen, können von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 ebenfalls ermittelt und für die Steuerung der Antriebseinrichtung 10 entsprechend verwendet werden.
Ergänzend werden weitere Signale des Abgasnachbehandlungssystems 16 berücksichtigt. Beispielsweise Signale der Lambdasonde 62, der NOx-Sensoren 64 und der Temperatursensoren 66. Weiterhin wird ein Regenerationsbetrieb des Dieselpartikelfilters 20, sowie ein Ladezustand der Batterie 34 ermittelt und für den Betrieb der Antriebseinrichtung 10 berücksichtigt. Weiterhin ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 dazu ausgebildet, verschiedene "Priorisierungen", das heißt bestimmte Rangfolgen verschiedener, die Antriebseinrichtung 10 bestimmender Größen zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 ein Fahrerwunschmoment gegebenenfalls höher priorisieren als die Belange eines Wirkungsgrads der Antriebseinrichtung 10.
Die Funktion des "SCR-Betriebspunktkoordinators" ist es also, unter Berücksichtigung verschiedener NOx-umsatzrelevanter Größen einen möglichst günstigen und sozusagen "idealen" Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 12 einzustellen. Dabei werden Randbedingungen, wie beispielsweise das Fahrerwunschmoment, und/oder eine eventuelle Regeneration des Dieselpartikelfilters 20 und/oder ein Ladezustand der Batterie 34 mit verwendet.
Der "SCR-Betriebspunktkoordinator" kann daraus gegebenenfalls eine aktuelle "Momentenanforderung" ermitteln, welche in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 zum Steuern der Antriebseinrichtung 10 verwendet wird. Wie oben beschrieben werden auch bestimmte Rangfolgen berücksichtigt, insbesondere in Bezug auf das durch den Fahrer vorgegebene Fahrerwunschmoment. Der Nutzen des "SCR-Betriebspunktkoordinators" nimmt allgemein mit einer steigenden relativen Leistung des Elektromotors 28 in Bezug auf die Brennkraftmaschine 12 zu.
3 zeigt ein zu der 2 ähnliches Koordinatensystem, bei welchem auf der Abszisse die Drehzahl 78 der Brennkraftmaschine 12 und auf der Ordinate der effektive Mitteldruck 80 aufgetragen sind. Im Unterschied zu der 2 ist in der 3 als dritte Größe eine Temperatur 90 in dem SCR-Katalysator 26 eingetragen. Das Diagramm der 3 weist Flächen 92, 94, 96, 98 und 100 auf, welche verschiedene Temperaturbereiche des SCR-Katalysators 26 charakterisieren. Dazu weist die Zeichnung in kleinen rechteckigen Feldern dargestellte Zahlen auf, welche eine jeweilige Temperatur des SCR-Katalysators 26 in Grad Celsius angeben.
Die Fläche 92 weist Temperaturen des SCR-Katalysators 26 aus, welche für einen optimalen NOx-Umsatz 82 zu heiß sind. Entsprechend weist die Fläche 100 einen Temperaturbereich auf, welcher für einen optimalen NOx-Umsatz 82 zu kalt ist. Pfeile 102 deuten eine jeweilige Vorzugsrichtung in dem Diagramm an, wodurch sich ein ausreichender oder guter oder sehr guter NOx-Umsatz 82 im Betrieb der Antriebseinrichtung 10 erreichen lässt.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben der Antriebseinrichtung 10. Das Flussdiagramm kann beispielsweise von dem Computerprogramm 46 abgearbeitet werden. In einem Startblock 104 beginnt die in der 4 dargestellte Prozedur.
In einem folgenden Block 106 wird ein Betriebszustand der Antriebseinrichtung 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 16 ermittelt. Beispielsweise werden für die Bestimmung des für den NOx-Umsatz 82 als "günstig" bewerteten Betriebspunkts der Antriebseinrichtung 10, also insbesondere der Brennkraftmaschine 12 und des Elektromotors 28, die folgenden Größen bzw. Parameter als Eingangsgrößen berücksichtigt:

– Temperatur des Abgases;
– Volumenstrom des Abgases;
– Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Abgas;
– Konzentration von Stickoxiden im Abgas stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems 16;
– Konzentration von Stickoxiden im Abgas stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems 16;
– Verhältnis von NO2 (Stickstoffdioxid) zu NOx (übrige Stickoxide) im Abgas;
– Enthalpie des Abgases;
– Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems 16;
– Fahrerwunschmoment, welches aus der Position des Gaspedal 57, des Bremspedals 59, des Kupplungspedals 61 und eines eingelegten Gangs ermittelt wird; und/oder
– Ladezustand der Batterie 34 bzw. eines sonstigen Energiespeichers.

Vorzugsweise werden im Block 106 auch untere und obere Grenzwerte 105 und 107 vorgegeben, um eine aus dem Fahrerwunschmoment ermittelte "Momentenanforderung" gegebenenfalls zu begrenzen.
Ein "günstiger" Betriebspunkt der Antriebseinrichtung 10 ist es, wenn diese Eingangsgrößen Werte aufweisen, welche in ihrer Gesamtheit niedrige NOx-Rohemissionen im Abgasrohr 14 und/oder einen niedrigen NOx-Anteil im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 26 und/oder ein besonders schnelles Erreichen der Betriebstemperatur des SCR-Katalysators 26 ermöglichen. Dabei kann zumindest zeitweise auch ein nach vorgebbaren Kriterien gewählter Kompromiss der besagten Eingangsgrößen ein günstiger Betriebspunkt sein.
In einem Abfrageblock 108 wird ermittelt, ob ein Betriebsbereich des Abgasnachbehandlungssystems 16 einen optimalen NOx-Umsatz 82 ermöglichen kann. Insbesondere werden von der Brennkraftmaschine 12 erzeugte NOx-Rohemissionen, eine Temperatur des SCR-Katalysators 26 und ein Volumenstrom des Abgases in dem Abgasnachbehandlungssystem 16 ermittelt, beispielsweise durch Vergleiche mit entsprechenden Grenzwerten.
Falls der Betriebsbereich einen zumindest in etwa "optimalen" NOx-Umsatz 82 ermöglicht, wird an den Eingang des Blocks 106 zurück verzweigt.
Andernfalls wird in einem folgenden Block 110 abgefragt, ob die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems 16, insbesondere des SCR-Katalysators 26, oberhalb eines für den optimalen NOx-Umsatz 82 geeigneten Bereichs liegt, und/oder ob der Volumenstrom des Abgases gegebenenfalls zu hoch ist, und/oder ob die von der Brennkraftmaschine 12 erzeugten NOx-Rohemissionen zu hoch sind. Falls dies zutrifft, wird zu einem folgenden Block 112 verzweigt.
Falls dies nicht zutrifft, wird in einem weiteren Abfrageblock 114 abgefragt, ob die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems 16 für einen optimalen NOx-Umsatz 82 eventuell zu niedrig ist. Falls die Temperatur nicht zu niedrig ist, so wird an den Anfang des Blocks 106 zurück verzweigt. Andernfalls wird vom Abfrageblock 114 zu einem folgenden Block 116 verzweigt.
Im Block 112 wird unter Verwendung von Daten des in dem Datenspeicher 48 abgespeicherten Kennfelds 49 das Drehmoment und/oder die Drehzahl 78 der Brennkraftmaschine 12 zu niedrigeren Werten hin verschoben, um die Brennkraftmaschine 12 somit zu entlasten. Danach wird die Prozedur in einem Block 118 fortgesetzt.
Im Block 116 wird unter Verwendung von Daten des in dem Datenspeicher 48 abgespeicherten Kennfelds 49 das Drehmoment und/oder die Drehzahl 78 der Brennkraftmaschine 12 zu höheren Werten hin verschoben, um die Brennkraftmaschine 12 somit stärker zu belasten. Danach wird die Prozedur ebenso im Block 118 fortgesetzt.
Im Block 118 wird die zuvor in den Blöcken 112 und 116 geplante Veränderung des Drehmoments und/oder der Drehzahl 78 mit einer Priorisierung versehen. Beispielsweise kann ein aktuelles Fahrerwunschmoment bevorzugt berücksichtigt werden. Außerdem wird eine ein Lastverhältnis der Brennkraftmaschine 12 und des Elektromotors 28 charakterisierende Größe 120 ermittelt. Danach wird mittels einer durch das Computerprogramm 46 realisierten "Hybridkoordinator"-Funktion, welche von dem "SCR-Betriebspunktkoordinator" erforderliche Daten bzw. Größen übernehmen kann, ein Betriebszustand der Antriebseinrichtung 10 gegebenenfalls verändert. In einem nachfolgenden Endeblock 122 endet die in der 4 dargestellte Prozedur.
Beispielsweise kann bei einem vergleichsweise geringen Drehmoment und/oder geringer Drehzahl 78 der Brennkraftmaschine 12 der Elektromotor 28 als Generator betrieben werden, um die Brennkraftmaschine 12 zusätzlich zu der für den aktuellen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erforderlichen Leistung zu belasten und sie so in den gewünschten Betriebspunktbereich zu bringen. Falls die Antriebseinrichtung 10 dafür ausgebildet ist, kann sogar gegebenenfalls eine andere Gangstufe automatisch eingelegt werden. Entsprechend kann bei einem vergleichsweise hohen Drehmoment und/oder hoher Drehzahl 78 der Brennkraftmaschine 12 der Elektromotor 28 als Motor betrieben werden, um die Brennkraftmaschine 12 zu entlasten und sie so in den gewünschten Betriebspunktbereich zu bringen.
Insbesondere wird mittels der in 4 dargestellten Prozedur unter Verwendung der durch die Antriebseinrichtung 10 vorgegebenen "Freiheitsgrade" der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 12 optimiert, so dass der NOx-Umsatz 82 des Abgasnachbehandlungssystems 16 maximiert werden kann. Beispielsweise kann die Brennkraftmaschine 12 derart gesteuert und/oder geregelt werden, dass das Drehmoment und/oder die Drehzahl 78 vorzugsweise einen in etwa mittleren Wert aufweisen. Ebenso kann ein "Temperaturprofil" des SCR-Katalysators 26 bzw. des Abgasnachbehandlungssystems 16 und/oder ein "NOx-Rohemissionsprofil" der Brennkraftmaschine 12 wirkungsgradoptimal realisiert werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (10), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine (12) und mindestens ein weiteres Antriebsaggregat (28), welches keine Brennkraftmaschine (12) ist, wobei ein Abgas der Brennkraftmaschine (12) mittels eines Abgasnachbehandlungssystems (16) behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob sich die Brennkraftmaschine (12) in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkt befindet, und dass dann, wenn festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine (12) nicht in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkt befindet, der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (12) unter Einsatz des weiteren Antriebsaggregats (28) in einen für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Bereich gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkte der Brennkraftmaschine (12) durch mindestens ein Kennfeld (49) und entsprechende Grenzwerte definiert wird, welches Kennfeld (49) durch einen effektiven Mitteldruck (80) und eine Drehzahl (78) oder äquivalente Größen gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkts mindestens eine der folgenden Eingangsgrößen berücksichtigt wird: – Temperatur des Abgases; – Volumenstrom des Abgases; – Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Abgas; – Konzentration von Stickoxiden im Abgas stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems (16); – Konzentration von Stickoxiden im Abgas stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems (16); – Verhältnis von NO2 zu NOx im Abgas; – Enthalpie des Abgases; – Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems (16); – Fahrerwunschmoment; – eingelegter Gang; und/oder – Ladezustand eines Energiespeichers (34);
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (12) ein Dieselmotor ist, und dass das Abgasnachbehandlungssystem (16) einen SCR-Katalysator (26) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Antriebsaggregat über einen zusätzlichen elektrischen, hydraulischen oder thermischen Speicher mit Energie versorgt wird, insbesondere ein Elektromotor (28) oder ein Hydraulikmotor ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (12) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass das Drehmoment und/oder die Drehzahl (78) der Brennkraftmaschine (12) vorzugsweise einen in etwa mittleren Wert aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung von mindestens einer der Eingangsgrößen eine ein Fahrerwunschmoment charakterisierende Größe (63) und/oder eine ein Lastverhältnis der Brennkraftmaschine (12) und des Elektromotors (28) charakterisierende Größe (120) ermittelt wird, und dass die ermittelte Größe (63, 120) bzw. die ermittelten Größen (63, 120) an eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (44) für die Brennkraftmaschine (12) und für den Elektromotor (28) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer und ein oberer Grenzwert (105, 107) vorgegeben werden, um das Fahrerwunschmoment zu begrenzen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vergleichsweise geringen Drehmoment und/oder geringer Drehzahl (78) der Brennkraftmaschine (12) der Elektromotor (28) als Generator betrieben wird, um die Brennkraftmaschine (12) zusätzlich zu belasten und sie so in den gewünschten Betriebspunktbereich zu bringen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vergleichsweise hohen Drehmoment und/oder hoher Drehzahl (78) der Brennkraftmaschine (12) der Elektromotor (28) als Motor betrieben wird, um die Brennkraftmaschine (12) zu entlasten und sie so in den gewünschten Betriebspunktbereich zu bringen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Verwendung von gespeicherten Daten und/oder mindestens eines Kennfelds (49) und/oder mindestens einer mathematischen Operation durchgeführt wird.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (44) für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm (46) für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (44) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu programmiert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.