DE102012218119A1

DE102012218119A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102012218119A1
Application number: DE201210218119
Authority: DE
Inventors: Raffael Kuberczyk; Jürgen Legner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-04-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine (1) als Antriebsaggregat umfasst, dessen Antriebsmoment über ein Automatikgetriebe (5) an einen Abtrieb (6) abgebbar ist, wobei im Fahrzeug eine elektrische Maschine (3) vorgesehen ist, welche durch Kopplung an den Antriebsstrang generatorisch elektrische Energie durch Entnahme von Leistung aus dem Antriebsstrang erzeugen kann, und wobei das Fahrzeug ferner eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer oder mehreren Nachbehandlungskomponenten (9, 10, 11) umfasst, welche die durch die Brennkraftmaschine (1) erzeugten Abgase zur Reduktion von Schadstoffen nachbehandeln. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Falle, dass eine gemessene Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) unterhalb einer der jeweiligen Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) zugeordneten unteren Temperaturschwelle liegt, das Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) sowie die von der elektrischen Maschine (3) entnommene Leistung und die Übersetzung des Automatikgetriebes (5) basierend auf einer Strategie zur Enthalpiestromerhöhung eingestellt werden, gemäß der ein an und/oder in der Abgasnachbehandlungsanlage erfasster Enthalpiestrom (ES) der Abgase auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird und gleichzeitig eine vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs sowie ein entsprechendes Fahrzeug.
Abgasnachbehandlungsanlagen werden in Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen dazu verwendet, um die Emission von Schadstoffen, wie z.B. von Kohlenmonoxid, Stickoxiden, Rußpartikeln und dergleichen, zu reduzieren. In Abgasnachbehandlungsanlagen sind hierzu geeignete Abgaskatalysatoren bzw. Partikelfilter verbaut. Abgaskatalysatoren arbeiten dabei nur in bestimmten Temperaturfenstern effizient, d.h. nur in bestimmten Temperaturbereichen werden schädliche Abgasbestandteile effizient herausgefiltert. Auch für Partikelfilter gibt es bevorzugte Temperaturbereiche, in denen eine effiziente Zersetzung der gefilterten Partikel erfolgt. Insbesondere gibt es für Dieselpartikelfilter in der Regel einen Betriebstemperaturbereich für den Normalbetrieb sowie einen erhöhten Temperaturbereich zur aktiven Regeneration, in dem der Filter zeitweise betrieben wird, um die herausgefilterten Partikel abzubrennen.
Um einen effizienten Betriebspunkt einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einer Auskühlung möglichst schnell wieder zu erreichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Temperatur der Abgase zu erhöhen. Hierzu kann ein separater, über den Kraftstoff der Brennkraftmaschine betriebener Brenner im Abgasstrang verwendet werden. Ferner kann die Brennkraftmaschine in einen Heizstrategiemodus gebracht werden, welcher zu einer erhöhten Temperatur des Abgases und damit einer Erwärmung der Abgasnachbehandlungsanlage führt. Der Heizstrategiemodus ist in der Regel nicht in Bezug auf eine effiziente und schnelle Erwärmung der Abgasnachbehandlungsanlage optimiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs zu schaffen, mit dem eine effiziente Erwärmung einer Abgasnachbehandlungsanlage gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs und insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine als Antriebsaggregat umfasst, dessen Antriebsmoment über ein Automatikgetriebe an einen Abtrieb abgebbar ist. Das Verfahren kann für beliebige Arten von Fahrzeugen, insbesondere PKWs, LKWs und auch andere Arten von Fahrzeugen, wie z.B. Baumaschinen, eingesetzt werden.
Im Fahrzeug ist eine elektrische Maschine vorgesehen, welche durch Kopplung an den Antriebsstrang generatorisch elektrische Energie durch Entnahme von Leistung aus dem Antriebsstrang erzeugen kann. Diese Energie wird vorzugsweise in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer oder mehreren Nachbehandlungskomponenten, welche die durch die Brennkraftmaschine erzeugten Abgase zur Reduktion von Schadstoffen nachbehandeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Falle, dass eine gemessene Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente unterhalb einer der jeweiligen Nachbehandlungskomponente zugeordneten unteren Temperaturschwelle liegt, das Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie die von der elektrischen Maschine aus dem Antriebsstrang entnommene Leistung und die Übersetzung des Automatikgetriebes basierend auf einer Strategie zur Enthalpiestromerhöhung eingestellt werden. Gemäß dieser Strategie wird ein an und/oder in der Abgasnachbehandlungsanlage erfasster Enthalpiestrom der Abgase auf einen vorgegebenen Wert erhöht, wobei gleichzeitig eine vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass der Enthalpiestrom der Abgase eine besonders geeignete Größe ist, um eine schnelle und effiziente Erwärmung entsprechender Nachbehandlungskomponenten der Abgasnachbehandlungsanlage zu erreichen. In der erfindungsgemäßen Strategie wird dabei erstmalig anstatt einer Abgastemperatur ein erfasster Enthalpiestrom verwendet, um die Brennkraftmaschine, die elektrische Maschine sowie das Automatikgetriebe geeignet einzustellen. Dabei wird ferner durch eine geeignete Verstellung des Automatikgetriebes sichergestellt, dass die Fahrgeschwindigkeit dem Fahrerwunsch entspricht.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform für die Abgasnachbehandlungsanlage eines Hybridfahrzeugs eingesetzt. Dabei stellt die elektrische Maschine neben der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs ein weiteres Antriebsaggregat für den Antriebsstrang dar, d.h. die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine sind Teil des Antriebsstrangs.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Strategie zur Enthalpiestromerhöhung derart ausgestaltet, dass zunächst sowohl die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht als auch das Drehmoment der Brennkraftmaschine erniedrigt wird und dabei gleichzeitig die Übersetzung des Automatikgetriebes angepasst wird, um die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beizubehalten. Vorzugsweise erfolgt dabei die Herabsetzung der Drehzahl und der Erhöhung des Drehmoments bei im Wesentlichen konstanter Leistung der Brennkraftmaschine. Das heißt, abgesehen von einer Korrektur der Leistung aufgrund der Veränderung des Wirkungsgrads des Automatikgetriebes bei Schaltvorgängen, bleibt die Leistung der Brennkraftmaschine weitgehend unverändert. Nachdem ein vorbestimmter Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erreicht ist, wird schließlich bei konstanter Drehzahl der Brennkraftmaschine das Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöht und gleichzeitig die von der elektrischen Maschine entnommene Leistung heraufgesetzt, so dass die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beibehalten wird. Bei dieser Veränderung ist keine Verstellung des Automatikgetriebes erforderlich, d.h. die Übersetzung des Automatikgetriebes bleibt unverändert. Mit der soeben beschriebenen Ausführungsform wird die Strategie zur Erhöhung des Enthalpiestroms einfach und effizient umgesetzt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dann, wenn eine gemessene Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente oberhalb einer der jeweiligen Nachbehandlungskomponente zugeordneten oberen Temperaturschwelle liegt, das Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie die von der elektrischen Maschine entnommene Leistung und die Übersetzung des Automatikgetriebes basierend auf einer Strategie zur Verbrauchsreduktion eingestellt. Gemäß dieser Strategie wird der spezifische Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine auf einen vorgegebenen Wert gesenkt und gleichzeitig die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beibehalten. Auf diese Weise wird immer dann, wenn eine ausreichende Temperatur in der Abgasnachbehandlungsanlage erreicht ist, von einem Betrieb mit hohem Enthalpiestrom auf einen energiesparenden Betrieb mit geringem Kraftstoffverbrauch umgeschaltet. Ggf. kann die obere Temperaturschwelle mit der unteren Temperaturschwelle zusammenfallen.
In einer Variante der Erfindung ist die Strategie zur Verbrauchsreduktion derart ausgestaltet, dass zunächst bei konstanter Drehzahl der Brennkraftmaschine das Drehmoment der Brennkraftmaschine erniedrigt wird und gleichzeitig die von der elektrischen Maschine entnommene Leistung herabgesetzt wird, so dass die Fahrgeschwindigkeit gemäß dem Fahrerwunsch beibehalten wird. Dabei wird die Übersetzung des Automatikgetriebes nicht verändert. Nach Erreichen eines vorbestimmten Betriebspunkts der Brennkraftmaschine wird sowohl die Drehzahl der Brennkraftmaschine erniedrigt als auch das Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöht und dabei gleichzeitig die Übersetzung des Automatikgetriebes angepasst, um die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beizubehalten. Diese Veränderung der Drehzahl und des Drehmoments der Brennkraftmaschine erfolgt vorzugsweise bei im Wesentlichen konstanter Leistung der Brennkraftmaschine. Das heißt, abgesehen von einer Korrektur der Leistung aufgrund der Veränderung des Wirkungsgrads des Automatikgetriebes bei Schaltvorgängen, bleibt die Leistung der Brennkraftmaschine weitgehend unverändert. Mit der soeben beschriebenen Ausführungsform wird die Strategie zur Verbrauchsreduktion einfach und effizient umgesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Antriebsstrang betrieben, der als Automatikgetriebe ein stufenloses Getriebe bzw. CVT-Getriebe (CVT = Continuously Variable Transmission) umfasst. Auf diese Weise kann eine kontinuierliche Veränderung des Lastpunkts der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig konstanter Fahrgeschwindigkeit erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Fahrzeug ein elektrisches Heizsystem mit einer oder mehreren Heizkomponenten vorgesehen, welche die Abgasnachbehandlungsanlage und/oder die Abgase vor Eintritt in die Abgasnachbehandlungsanlage beheizen. Dabei wird im Rahmen der Strategie zur Enthalpiestromerhöhung und/oder zur Verbrauchsreduktion zumindest eine Heizkomponente in Abhängigkeit von einem oder mehreren Kriterien zugeschaltet und/oder abgeschaltet. Vorzugsweise werden im Falle, dass die gemessene Temperatur einer Nachbehandlungskomponente besonders niedrig ist, z.B. während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, zusätzlich eine oder mehrere Heizkomponenten zur Beheizung des Abgases angeschaltet, um hierdurch die Erhöhung des Enthalpiestroms zu beschleunigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für Abgasnachbehandlungsanlagen mit verschiedenen Nachbehandlungskomponenten verwendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Abgasnachbehandlungsanlage einen oder mehrere Katalysatoren, insbesondere einen Dieseloxidationskatalysator, der auch als DOC-Katalysator (DOC = Diesel Oxidation Catalyst) bezeichnet wird, und/oder einen SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduction). Ebenso kann die Abgasnachbehandlungsanlage gegebenenfalls einen Partikelfilter und insbesondere einen Dieselpartikelfilter umfassen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen eine oder mehrere der Nachbehandlungskomponenten jeweils mehrere Betriebsarten auf, wobei für die verschiedenen Betriebsarten die der jeweiligen Nachbehandlungskomponente zugeordnete untere und/oder obere Temperaturschwelle unterschiedlich festgelegt sind und/oder für die verschiedenen Betriebsarten der durch die Strategie zur Enthalpiestromerhöhung vorgegebene Wert für den Enthalpiestrom und/oder der durch die Strategie zur Verbrauchsreduktion vorgegebene Wert für den spezifischen Kraftstoffverbrauch unterschiedlich festgelegt sind. Liegt beispielsweise die Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente deutlich unterhalb der unteren Temperaturschwelle, kann der entsprechende vorgegebene Wert für den Enthalpiestrom höher gewählt werden. Die Betriebsarten umfassen vorzugsweise eine Erwärmung der jeweiligen Nachbehandlungskomponente und/oder ein Warmhalten der jeweiligen Nachbehandlungskomponente und/oder eine Regeneration der jeweiligen Nachbehandlungskomponente. Beispielsweise kann für einen Partikelfilter und insbesondere einen Dieselpartikelfilter eine Betriebsart des Normalbetriebs bzw. der passiven Regeneration festgelegt werden, bei der in einem niedrigen Temperaturbereich eine gute Zersetzung der gefilterten Partikel erfolgt. Ferner kann für einen solchen Filter auch zusätzlich ein Sollbetriebsbereich mit einer höheren unteren und oberen Temperaturschwelle zur aktiven Regeneration und damit zur besonders effizienten Zersetzung der gefilterten Partikel festgelegt sein. Bei der Betriebsart der Erwärmung (z.B. beim Kaltstart der Brennkraftmaschine) wird der vorgegebene Wert für den Enthalpiestrom vorzugsweise sehr hoch gewählt. Demgegenüber wird in der Betriebsart des Warmhaltens (z.B. bei längerem Betrieb des Fahrzeugs) der vorgegebene Wert des Enthalpiestroms weniger hoch gewählt.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine als Antriebsaggregat umfasst, dessen Antriebsmoment über ein Automatikgetriebe an einen Abtrieb abgebbar ist. Im Fahrzeug ist eine elektrische Maschine vorgesehen, welche durch Kopplung an den Antriebsstrang generatorisch elektrische Energie durch Entnahme von Leistung aus dem Antriebsstrang erzeugen kann. Ferner umfasst das Fahrzeug eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer oder mehreren Nachbehandlungskomponenten, welche die durch die Brennkraftmaschine erzeugten Abgase zur Reduktion von Schadstoffen nachbehandeln.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet eine Steuereinrichtung, welche derart ausgestaltet ist, dass im Falle, dass eine gemessene Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente unterhalb einer der jeweiligen Nachbehandlungskomponente zugeordneten unteren Temperaturschwelle liegt, das Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie die von der elektrischen Maschine entnommene elektrische Leistung und die Übersetzung des Automatikgetriebes basierend auf einer Strategie zur Enthalpiestromerhöhung eingestellt werden, gemäß der ein an und/oder in der Abgasnachbehandlungsanlage erfasster Enthalpiestrom der Abgase auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird und gleichzeitig eine vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich somit durch eine als Hardware und/oder Software realisierte Steuereinrichtung aus, mit der der Antriebsstrang basierend auf dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Fahrzeug und insbesondere ein Kraftfahrzeug bzw. ein Hybridfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben des Antriebsstrangs des Fahrzeugs umfasst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, in dem eine Variante der Erfindung realisiert ist; und
2 Diagramme, welche die Abhängigkeit des spezifischen Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine, des Enthalpiestroms der Abgase der Brennkraftmaschine sowie der Abgastemperatur von der Drehzahl und dem Drehmoment der Brennkraftmaschine wiedergeben; und
3 ein Diagramm, welches die Veränderung von Drehmoment und Drehzahl einer Brennkraftmaschine zur Erhöhung des Enthalpiestroms gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht.
1 zeigt ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs in der Form eines Hybridfahrzeugs, dessen Antriebsstrang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Das Antriebssystem umfasst in an sich bekannter Weise eine Brennkraftmaschine 1, welche im Bereich der Vorderradachse 2 des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine (auch als Verbrennungsmotor bezeichnet) ist Teil des Antriebsstrangs, der ferner eine elektrische Maschine 3 umfasst, die sowohl als Antriebsaggregat motorisch betrieben werden kann als auch generatorisch Energie aus dem Antriebsstrang in elektrische Energie umwandeln kann. Der Antriebsstrang beinhaltet ferner einen Wandler 4 sowie ein stufenloses Automatikgetriebe 5, welche mit dem Abtrieb 6 verbunden sind, der zwei Hinterradachsen 601 und 602 aufweist. Die elektrische Maschine 3 ist über einen Wechselrichter 7 mit einer Hochvolt-Batterie 8 verbunden, über welche die elektrische Maschine 3 angetrieben werden kann bzw. welche durch elektrische Leistung aus der Maschine 3 geladen werden kann.
Das durch die Brennkraftmaschine 1 erzeugte Abgas wird an ein Abgasnachbehandlungssystem geleitet, welches in der Ausführungsform der 1 die drei Nachbehandlungskomponenten 9, 10 und 11 umfasst. Die Nachbehandlungskomponente 9 ist dabei ein DOC-Katalysator, die Nachbehandlungskomponente 10 ein Dieselpartikelfilter und die Nachbehandlungskomponente 11 ein SCR-Katalysator. Vor dem Abgasnachbehandlungssystem ist ein Enthalpiestromsensor 12 vorgesehen, der die Temperatur der Abgase misst und daraus unter Verwendung der Charakteristik der Brennkraftmaschine 1 in an sich bekannter Weise den Enthalpiestrom ermittelt. Der Enthalpiestrom ist dabei durch folgende Formel gegeben: ES = cp_{_Abgas} × T_{_Abgas} × m_{_Abgas}.
Dabei bezeichnet cp_{_Abgas} die spezifische Wärmekonstante des Abgases, die vorbekannt ist, T_{_Abgas} die entsprechende Temperatur des Abgases, die über einen Sensor gemessen wird, und m_{_Abgas} den Massenstrom des Abgases, d.h. die in einem Zeitintervall transportierte Masse des Abgases. Dieser Massenstrom kann aus der aktuellen Drehzahl und dem aktuellen Drehmoment des Verbrennungsmotors über ein entsprechendes Kenndiagramm ermittelt werden. Der Enthalpiestrom ES wird üblicherweise in KJ/s angegeben.
In dem Antriebssystem der 1 ist ferner eine optionale Heizkomponente 13 (z.B. eine Heizspirale) vorgesehen, die vor der Nachbehandlungskomponente 9 angeordnet ist und bei Bedarf zugeschaltet wird, um die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine 1 zu erhöhen.
Der Betrieb des Antriebsstrangs bzw. dessen Komponenten erfolgt basierend auf einer Strategie, welche in einer Steuereinheit 14 hinterlegt ist, die den Betrieb der Brennkraftmaschine 1, der elektrischen Maschine 3 und des Getriebes 5 sowie gegebenenfalls auch der optionalen Heizkomponente 13 geeignet beeinflusst. Die Steuereinheit 14 verarbeitet unter anderem den entsprechenden Enthalpiestrom ES, der von dem Sensor 12 erfasst wird, sowie jeweilige, in den Nachbehandlungskomponenten 9 bis 11 gemessene Temperaturen, welche über nicht gezeigte Temperatursensoren erfasst werden. Die in der Steuereinheit 12 hinterlegte Strategie gewährleistet dabei eine effiziente Erwärmung der Nachbehandlungskomponenten basierend auf dem Kriterium eines hohen Enthalpiestroms.
Bevor eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strategie zum Betrieb des Antriebsstrangs der 1 näher beschrieben wird, werden anhand von 2 zunächst entsprechende Kennlinien einer herkömmlichen Brennkraftmaschine erläutert, welche auch in dem Antriebsstrang der 1 eingesetzt wird. 2 zeigt dabei drei Diagramme DI1, DI2 und DI3. In jedem der Diagramme ist entlang der Abszisse die Drehzahl N und entlang der Ordinate das Drehmoment M der Brennkraftmaschine wiedergegeben. Der in den Diagrammen dargestellte Drehzahlbereich liegt dabei in etwa zwischen 600 bis 2500 Umdrehungen pro Minute. Demgegenüber ist ein Drehmomentbereich zwischen 0 und in etwa 100 Nm wiedergegeben.
In dem Diagramm DI1 werden durch Linien SV, welche nur teilweise mit diesem Bezugszeichen bezeichnet sind, jeweilige Betriebspunkte des Verbrennungsmotors mit konstantem spezifischem Kraftstoffverbrauch in g/kWh angedeutet. Durch den Pfeil AR1 wird dabei die Richtung des Abfalls des spezifischen Verbrauchs wiedergegeben. In dem Diagramm DI2 werden durch Linien, welche nur teilweise mit diesem Bezugszeichen bezeichnet sind, Betriebspunkte des Verbrennungsmotors mit konstantem Enthalpiestrom der Abgase in kJ/s wiedergegeben. Durch den Pfeil AR2 wird dabei die Richtung angegeben, in die der Enthalpiestrom abfällt. Das Diagramm DI3 spezifiziert durch entsprechende Linien T, welche nur teilweise mit diesem Bezugszeichen bezeichnet sind, Betriebspunkte des Verbrennungsmotors mit konstanter Abgastemperatur. Für entsprechende Linien sind ferner Werte der Abgastemperatur in °C angegeben. Der Pfeil AR3 zeigt dabei die Richtung mit einer Temperaturzunahme des Abgases an.
Wie sich aus den Diagrammen der 2 ergibt, liegen Bereiche mit niedrigem spezifischem Verbrauch bzw. niedrigem Enthalpiestrom bzw. niedriger Temperatur an unterschiedlichen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors. Insbesondere gehen hohe Enthalpieströme nicht zwangsläufig einher mit hohen Temperaturen des Abgases.
Jede der Nachbehandlungskomponenten 9 bis 11 aus 1 arbeitet nur in einem bestimmten Temperaturfenster effizient. Demzufolge ist sicherzustellen, dass jede Nachbehandlungskomponente auf eine Temperatur gebracht wird, die oberhalb einer unteren Temperaturschwelle und unterhalb einer oberen Temperaturschwelle liegt. Diese Temperaturschwellen können ggf. für jede Nachbehandlungskomponente unterschiedlich sein. Ferner kann auch nur eine einzige Temperaturschwelle festgelegt sein, auf welche die Temperatur der entsprechenden Nachbehandlungskomponente geregelt wird. Darüber hinaus können die Temperaturschwellen auch von der Betriebsart der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente abhängen. Zum Beispiel kann für den Partikelfilter 10 eine Betriebsart des Normalbetriebs mit einer niedrigen Temperaturschwelle festgelegt sein, bei der eine gute Zersetzung der gefilterten Partikel erfolgt. Ferner kann der Filter auch in der Betriebsart einer aktiven Regeneration betrieben werden, bei der die Temperaturschwelle erhöht ist und es zu einer besonders effizienten Zersetzung der gefilterten Partikel kommt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren macht man sich die Erkenntnis zu Nutze, dass eine besonders effiziente Erhöhung der Temperaturen der einzelnen Nachbehandlungskomponenten unter Berücksichtigung des Enthalpiestroms der Abgase erreicht werden kann. Demzufolge wird der Betrieb des Antriebsstrangs nicht in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, sondern basierend auf dem Kriterium eines hohen Enthalpiestroms gesteuert, indem bei Unterschreiten der unteren Temperaturschwelle ein vorgegebener erhöhter Wert für den durch den Enthalpiestromsensor 12 erfassten Enthalpiestrom eingestellt wird. Zwar wird auch in an sich bekannten Verfahren der Betrieb einer Brennkraftmaschine derart angepasst, dass dies zu einem erhöhten Enthalpiestrom führt. Jedoch wird in diesem Verfahren nicht explizit der Enthalpiestrom als Kriterium für den Betrieb des Antriebsstrangs berücksichtigt. Insbesondere wird in bekannten Strategien nicht der Enthalpiestrom erfasst und auf einen vorgegebenen Wert erhöht.
3 zeigt ein Diagramm, anhand dessen eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wird. 3 gibt verschiedene Betriebszustände des Verbrennungsmotors 1 wieder, wobei entlang der Abszisse die Drehzahl N des Verbrennungsmotors und entlang der Ordinate das Drehmoment M dargestellt ist. In dem Szenario der 3 befindet sich der Verbrennungsmotor zunächst an dem Betriebspunkt P1, bei dem festgestellt wird, dass die Temperatur einer der Nachbehandlungskomponenten unter eine untere Temperaturschwelle fällt. Demzufolge wird der Antriebsstrang mit einer Strategie betrieben, bei der der Betrieb des Verbrennungsmotors vom Betriebspunkt P1 zum Betriebspunkt P2 verschoben wird, was durch einen durchgezogenen Pfeil angedeutet ist und einer entsprechenden Erhöhung des Enthalpiestroms entspricht, wie sich aus dem Diagramm DI2 der 2 ergibt. Dabei ist im Rahmen der Strategie vorgegeben, auf welchen Wert der Enthalpiestrom einzustellen ist. Dieser Wert kann gegebenenfalls variieren, wenn z.B. die Betriebsart der entsprechenden Nachbehandlungskomponente wechselt bzw. sich hierdurch eine neue Temperaturschwelle ergibt.
Um den Betriebspunkt P2 zu erreichen, wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ferner sichergestellt, dass die aktuell vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit, die er in der Regel über das Fahrpedal bzw. einen Tempomaten spezifiziert, beibehalten wird. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Übersetzung des stufenlosen Automatikgetriebes 5 immer so eingestellt wird, dass die Drehzahl am Abtrieb 6 konstant bleibt. Die Strategie zur Erhöhung des Enthalpiestroms hat somit keinen Einfluss auf die Fahrgeschwindigkeit.
Der Übergang von dem Betriebspunkt P1 zu dem Betriebspunkt P2 kann je nach Ausführungsform unterschiedlich erreicht werden. In der in 3 gezeigten Variante wird zunächst sowohl das Drehmoment als auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors variiert und dabei entlang der Hyperbel L von dem Betriebspunkt P1 in den Betriebspunkt P3 übergegangen. Die Hyperbel L stellt dabei Betriebspunkte mit im Wesentlichen konstanter Leistung des Verbrennungsmotors dar. Beim Übergang vom Betriebspunkt P1 zum Betriebspunkt P3 wird kontinuierlich die Übersetzung des Automatikgetriebes 5 angepasst, um eine konstante Drehzahl am Abtrieb 6 und damit eine konstante Fahrgeschwindigkeit zu gewährleisten.
Nach Erreichen des Betriebspunkts P3 wird schließlich die Last am Verbrennungsmotor durch einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 3 erhöht, was zu einem erhöhten Drehmoment des Verbrennungsmotors bei konstanter Drehzahl führt. Auf diese Weise wird vom Betriebspunkt P3 zum Betriebspunkt P2 übergegangen, ohne dass dabei die Übersetzung des Automatikgetriebes 5 verändert wird. Der Übergang von dem Betriebspunkt P3 zum Betriebspunkt P2 ist durch einen strichpunktierten Pfeil angedeutet.
Der Betriebspunkt P2 wird schließlich solange beibehalten, bis die Temperatur in der entsprechenden Nachbehandlungskomponente eine obere Temperaturschwelle überschreitet. Anschließend kann dann wieder zum Betriebspunkt P1 zurückgegangen werden, wie durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Der Übergang zum Betriebspunkt P1 kann dabei in umgekehrter Richtung vom Betriebspunkt P2 zum Betriebspunkt P3 und von dort zum Betriebspunkt P1 erfolgen. Der Betriebspunkt P1 ist dabei derart festgelegt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine im Vergleich zum Betriebspunkt P2 herabgesetzt ist, wie aus dem Diagramm DI1 der 2 ersichtlich wird.
In die soeben erläuterte Strategie zum Betrieb des Antriebsstrangs kann ferner auch die in 1 gezeigte Heizkomponente 13 einbezogen werden. Diese Heizkomponente wird über den elektrischen Energiespeicher 8 betrieben und kann den Abgasstrom beheizen, wodurch eine schnellere Erhöhung des Enthalpiestroms und damit ein schnelleres Erreichen der Temperaturschwelle der Nachbehandlungskomponenten gewährleistet ist. Zum Beispiel kann die Heizkomponente 12 immer zugeschaltet werden, wenn die Temperatur des Abgases besonders niedrig ist, z.B. beim Kaltstart des Motors.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann durch die Berücksichtigung des Enthalpiestroms der Abgase als Kriterium beim Betrieb des Antriebsstrangs eine schnelle und effiziente Erwärmung der Nachbehandlungskomponenten erreicht werden. Darüber hinaus wird gleichzeitig durch die Anpassung der Übersetzung des im Fahrzeug verwendeten Automatikgetriebes gewährleistet, dass die Fahrgeschwindigkeit entsprechend dem Fahrerwunsch eingestellt wird. Gegebenenfalls kann im Rahmen des Betriebs des Antriebsstrangs ferner auch das Kriterium eines geringen spezifischen Verbrauchs berücksichtigt werden, wobei dieses Kriterium immer dann greift, wenn eine entsprechende obere Temperaturschwelle überschritten wurde. Hierdurch wird ein energiesparender Betrieb des Fahrzeugs mit geringen Emissionen erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Vorderradachse
3: Elektrische Maschine
4: Wandler
5: Getriebe
6: Abtrieb
601, 602: Hinterradachsen
7: Wechselrichter
8: elektrischer Energiespeicher
9: DOC-Katalysator
10: Dieselpartikelfilter
11: SCR-Katalysator
12: Enthalpiestromsensor
13: Heizkomponente
14: Steuereinheit
DI1, DI2, DI3: Diagramme
N: Drehzahl der Brennkraftmaschine
M: Drehmoment der Brennkraftmaschine
VS: spezifischer Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine
ES: Enthalpiestrom
T: Abgastemperatur
AR1, AR2, AR3: Pfeile
P1, P2, P3: Betriebspunkte der Brennkraftmaschine
L: Hyperbel mit konstanter Leistung

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine (1) als Antriebsaggregat umfasst, dessen Antriebsmoment über ein Automatikgetriebe (5) an einen Abtrieb (6) abgebbar ist, wobei im Fahrzeug eine elektrische Maschine (3) vorgesehen ist, welche durch Kopplung an den Antriebsstrang generatorisch elektrische Energie durch Entnahme von Leistung aus dem Antriebsstrang erzeugen kann, und wobei das Fahrzeug ferner eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer oder mehreren Nachbehandlungskomponenten (9, 10, 11) umfasst, welche die durch die Brennkraftmaschine (1) erzeugten Abgase zur Reduktion von Schadstoffen nachbehandeln, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass eine gemessene Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) unterhalb einer der jeweiligen Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) zugeordneten unteren Temperaturschwelle liegt, das Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) sowie die von der elektrischen Maschine (3) entnommene Leistung und die Übersetzung des Automatikgetriebes (5) basierend auf einer Strategie zur Enthalpiestromerhöhung eingestellt werden, gemäß der ein an und/oder in der Abgasnachbehandlungsanlage erfasster Enthalpiestrom (ES) der Abgase auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird und gleichzeitig eine vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) ein weiteres Antriebsaggregat für den Antriebsstrang darstellt, welches durch einen elektrischen Energiespeicher (8) gespeist wird, wobei die im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine (3) erzeugte elektrische Energie dem elektrischen Energiespeicher (8) zugeführt wird.
Verfahren nach einem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strategie zur Enthalpiestromerhöhung derart ausgestaltet ist, dass zunächst sowohl die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) erhöht als auch das Drehmoment der Brennkraftmaschine (1) erniedrigt wird und dabei gleichzeitig die Übersetzung des Automatikgetriebes (5) angepasst wird, um die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beizubehalten, wobei anschließend bei konstanter Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) das Drehmoment der Brennkraftmaschine (1) erhöht und gleichzeitig die von der elektrischen Maschine (3) entnommene Leistung heraufgesetzt wird, so dass die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beibehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine gemessene Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) oberhalb einer der jeweiligen Nachbehandlungskomponente zugeordneten oberen Temperaturschwelle liegt, das Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) sowie die von der elektrischen Maschine (3) entnommene Leistung und die Übersetzung des Automatikgetriebes (5) basierend einer Strategie zur Verbrauchsreduktion eingestellt werden, gemäß der der spezifische Kraftstoffverbrauch (SV) der Brennkraftmaschine (1) auf einen vorgegebenen Wert gesenkt wird und gleichzeitig die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strategie zur Verbrauchsreduktion derart ausgestaltet ist, dass zunächst bei konstanter Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) das Drehmoment der Brennkraftmaschine (1) erniedrigt wird und gleichzeitig die von der elektrischen Maschine (3) entnommene Leistung herabgesetzt wird, so dass die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beibehalten wird, und anschließend sowohl die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) erniedrigt als auch das Drehmoment der Brennkraftmaschine (1) erhöht wird und dabei gleichzeitig die Übersetzung des Automatikgetriebes angepasst wird, um die vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit beizubehalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsstrang umfassend ein Automatikgetriebe (5) in der Form eines stufenlosen Getriebes betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fahrzeug ein elektrisches Heizsystem mit einer oder mehreren Heizkomponenten (13) vorgesehen ist, welche die Abgasnachbehandlungsanlage und/oder die Abgase vor Eintritt in die Abgasnachbehandlungsanlage beheizen, wobei im Rahmen der Strategie zur Enthalpiestromerhöhung und/oder zur Verbrauchsreduktion zumindest eine Heizkomponente in Abhängigkeit von einem oder mehreren Kriterien zugeschaltet und/oder abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungsanlage eine oder mehrere der folgenden Nachbehandlungskomponenten (9, 10, 11) umfasst: – einen oder mehrere Katalysatoren (9, 11), insbesondere einen DOC-Katalysator und/oder eine SCR-Katalysator; – einen Partikelfilter (10), insbesondere einen Dieselpartikelfilter.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Nachbehandlungskomponenten (9, 10, 11) jeweils mehrere Betriebsarten aufweisen, wobei für die verschiedenen Betriebsarten die der jeweiligen Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) zugeordnete untere und/oder obere Temperaturschwelle unterschiedlich festgelegt sind und/oder für die verschiedenen Betriebsarten der durch die Strategie zur Enthalpiestromerhöhung vorgegebene Wert für den Enthalpiestrom (ES) und/oder der durch die Strategie zur Verbrauchsreduktion vorgegebene Wert für den spezifischen Kraftstoffverbrauch (SV) unterschiedlich festgelegt sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsarten eine Erwärmung der jeweiligen Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) und/oder ein Warmhalten der jeweiligen Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) und/oder eine Regeneration der jeweiligen Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) umfassen.
Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine (1) als Antriebsaggregat umfasst, dessen Antriebsmoment über ein Automatikgetriebe (5) an einen Abtrieb (6) abgebbar ist, wobei im Fahrzeug eine elektrische Maschine (3) vorgesehen ist, welche durch Kopplung an den Antriebsstrang generatorisch elektrische Energie durch Entnahme von Leistung aus dem Antriebsstrang erzeugen kann, und wobei das Fahrzeug ferner eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer oder mehreren Nachbehandlungskomponenten (9, 10, 11) umfasst, welche die durch die Brennkraftmaschine (1) erzeugten Abgase zur Reduktion von Schadstoffen nachbehandeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuereinrichtung (14) umfasst, welche derart ausgestaltet ist, dass im Falle, dass eine gemessene Temperatur in zumindest einer Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) unterhalb einer der jeweiligen Nachbehandlungskomponente (9, 10, 11) zugeordneten unteren Temperaturschwelle liegt, das Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) sowie die von der elektrischen Maschine (3) entnommene Leistung und die Übersetzung des Automatikgetriebes (5) basierend einer Strategie zur Enthalpiestromerhöhung eingestellt werden, gemäß der ein an und/oder in der Abgasnachbehandlungsanlage erfasster Enthalpiestrom (ES) der Abgase auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird und gleichzeitig eine vom Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 mit der Vorrichtung durchführbar ist.
Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, umfassend eine Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12.