DE102014218409A1 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung und entsprechende Antriebseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, umfassend eine Brennkraftmaschine 1 und zumindest ein weiteres Antriebsaggregat 5, wobei ein von der Brennkraftmaschine 1 beim Betrieb derselben emittiertes Abgas mittels eines Abgasnachbehandlungssystems behandelt wird, und wobei bei einer Abgastemperatur unterhalb einer Grenzwerttemperatur die Abgastemperatur erhöht wird. Erfindungsgemäß wird der Betrieb der Antriebseinrichtung verbessert. Erreicht wird dies dadurch, dass unterhalb der Grenzwerttemperatur eine Abgasrückführung an der Brennkraftmaschine einstellt wird und bei einer zu erhöhenden Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine das weitere Antriebsaggregat zur Unterstützung der Leistungsabgabe aktiviert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, umfassend eine Brennkraftmaschine und zumindest ein weiteres Antriebsaggregat, wobei ein von der Brennkraftmaschine beim Betrieb derselben emittiertes Abgas mittels eines Abgasnachbehandlungssystems behandelt wird, und wobei bei einer Abgastemperatur unterhalb einer Grenzwerttemperatur die Abgastemperatur erhöht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Antriebseinrichtung.
  • Stand der Technik
  • Ein derartiges Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung ist aus der DE 10 2012 204 352 A1 bekannt. Dabei ist die Antriebseinrichtung, die eine Brennkraftmaschine und ein weiteres Antriebsaggregat sowie von der Brennkraftmaschine und/oder dem Antriebaggregat angetriebene Antriebsräder aufweist, in einem Kraftfahrzeug verbaut. Bei dem dargestellten Verfahren wird geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspunkt befindet, und wobei dann, wenn festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine nicht in einem für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Betriebspumpe befindet, der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine unter Einsatz des weiteren Antriebsaggregats in einen für die Abgasnachbehandlung als günstig definierten Bereich gebracht wird. Insbesondere wird dadurch die Abgastemperatur über eine Grenzwerttemperatur angehoben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Weiterhin soll eine entsprechende Antriebseinrichtung angegeben werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass unterhalb der Grenzwerttemperatur eine Abgasrückführung an der Brennkraftmaschine einstellt wird und bei einer zu erhöhenden Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine das weitere Antriebsaggregat zur Unterstützung der Leistungsabgabe aktiviert wird. Dieses Verfahren kann in einer allgemeinen Form bei einer beliebig zu erhöhenden Leistungsabgabe, vorzugsweise nach einem Niedriglast-Betriebszustand, eingesetzt werden. Dabei wird die Abgasrückführung unterhalb der Grenzwerttemperatur eingestellt, um die Abgastemperatur soweit zu erhöhen, dass eine Abgasnachbehandlung wirksam durchgeführt werden kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei einer zu niedrigen Abgastemperatur die Abgasnachbehandlung quasi unwirksam werden kann. Wenn dann zudem die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine erhöht werden soll, weist die Brennkraftmaschine zumindest überwiegend ein schlechtes Anfahrverhalten auf, das durch das weitere Antriebsaggregat ausgeglichen wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verfahren während und nach einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine angewendet. Dabei wird dann wiederum in vorteilhafter Weiterbildung von dem Antriebsaggregat die von einem mit verminderter Drehzahl drehenden, also abgebremsten, oder sogar stillstehenden Abgasturbolader bewirkte verzögerte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine bei einer Wiederbeschleunigung ausgeglichen. Diese Anwendung ist besonders vorteilhaft, da nach einem Schubbetrieb und eingestellter Abgasrückführung der Abgasturbolader durch den zumindest verringerten Abgasstrom der Brennkraftmaschine in seiner Drehzahl zumindest soweit abgefallen ist, dass dieser für eine wirksame Ladeluftzuführung an die Brennkraftmaschine erst wieder hochgefahren werden muss. Während dieser Phase wird das Antriebsaggregat zugeschaltet.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird das Antriebsaggregat bis zu einem Aufbau von einem vorgegebenen Ladedruck des Abgasturboladers betrieben. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Brennkraftmaschine und das Antriebsaggregat nach dem Aufbau des vorgegebenen Ladedrucks in der Wiederbeschleunigungsphase herkömmlich als bekanntes Hybridsystem betrieben.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird zur Einstellung der Abgasrückführung ein Abgasrückführventil in einer Abgasrückführleitung geöffnet und eine Drossel in einer Frischgasleitung der Brennkraftmaschine geschlossen. Durch diese Einstellung wird die Reibleistung der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb reduziert. Dieser Effekt stellt sich aufgrund der geringeren Kraftstoff-Luftmasse in den Brennräumen der Brennkraftmaschine ein. In Kombination mit dem zusätzlichen Antriebsaggregat ergibt sich dadurch ein erhöhtes Rekuperationspotential aufgrund der niedrigeren Reibleistung der Brennkraftmaschine.
  • In weiterer Ausgestaltung wird ein Thermomanagementsystem bei einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine aktiviert und die Drossel ganz oder teilweise geschlossen, während das Abgasrückführventil geöffnet wird. Dadurch gerät weniger kalte Luft in der Schubbetriebsphase in den Abgastrakt, welches das Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere einen Oxidationskatalysator des Abgasnachbehandlungssystems, auskühlen kann. Dadurch wird aber auch der Abgasturbolader soweit herunter gebremst, dass bei einer anschließend gewünschten Beschleunigung die Fahrbarkeit eines Fahrzeugs, in das die Brennkraftmaschine eingebaut ist, aufgrund eines verzögerten Ladedruckaufbaus durch den Abgasturbolader verschlechtert ist. Diese verschlechterte Fahrbarkeit wird in der Beschleunigungsphase ausgeglichen, indem von dem Antriebsaggregat während der Beschleunigungsphase ein zusätzliches Drehmoment an die Antriebseinrichtung solange abgegeben wird, bis der Ladedruck wieder aufgebaut ist und die Verbrennung in der Brennkraftmaschine wieder dynamisch gut erfolgen kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Fahrbarkeit eines entsprechend ausgestatteten Fahrzeugs folglich optimiert werden, gleichzeitig das Abgasnachbehandlungssystem warm gehalten werden sowie das erhöhte Rekuperationspotential während der Schubphase der Brennkraftmaschine durch das Antriebsaggregat genutzt werden. Dabei ist in einer Weiterbildung der Erfindung das Antriebsaggregat als ein Riemen-Starter-Generator-System oder als ein beliebiger Parallelhybrid ausgebildet, wobei das Antriebsaggregat eine Elektromaschine umfasst, die während der zuvor definierten Beschleunigungsphase als Elektromotor und während der Rekuperationsphase als Generator genutzt wird. Aufgrund der geschlossenen Drossel und der dadurch geringeren Kraftstoff-Luftmasse in den Brennräumen der Brennkraftmaschine kann von der als Elektromotor betriebenen Elektromaschine mehr Energie rekuperiert werden. Gleichzeitig ergibt sich durch das effektivere Thermomanagement eine höhere Abgastemperatur in dem Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere in einem Oxidationskatalysator. Diese höhere Katalysatortemperatur führt zu einer erhöhten Schadstoff-Reduktionsleistung des Abgasnachbehandlungssystems.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft in einer Antriebseinrichtung umsetzbar, die eine nach einer Schubbetriebsphase der Brennkraftmaschine für eine optimierte Lastabgabe der Brennkraftmaschine in einer Wiederbeschleunigungsphase zuschaltbare Elektromaschine aufweist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Systemdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine sowie einem weiteren Antriebsaggregat und
  • 2 ein Ablaufdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung.
  • Eine in 1 dargestellte Antriebseinrichtung beispielsweise eines Fahrzeugs umfasst eine Brennkraftmaschine 1, deren Ausgangswelle 2, die in der Regel die Kurbelwelle ist, über ein Getriebe 3 mit einem oder mehreren Antriebsrädern 4a, 4b gegebenenfalls unter Einbezug zumindest einer Antriebsachse verbunden ist. Weiterhin ist ein weiteres Antriebsaggregat 5 vorgesehen, das beispielsweise als Riemen-Starter-Generator-System (Boost Recuperation System, BRS) oder als ein sonstiger beliebiger Parallelhybrid ausgebildet ist. Dieses Antriebsaggregat 5 umfasst eine Elektromaschine, die als Starter oder Generator betrieben werden kann. Diese Elektromaschine ist direkt oder indirekt beispielsweise über einen Riemen vorzugsweise mit der Ausgangswelle 2 der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
  • Die Brennkraftmaschine 1 ist beispielsweise als selbstzündende Brennkraftmaschine 1 ausgebildet und weist eine Frischgasleitung 6 und eine Abgasleitung 7 auf. Über die Frischgasleitung 6 wird Brennräumen 8 der Brennkraftmaschine 1 Frischluft zugeführt, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine zusammen mit in die Brennräume eingespritzten Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, unter Erzeugung von über die Ausgangswelle 2 abgegebener mechanischer Leistung verbrennt und wobei das verbrannte Gemisch als Abgas über die Abgasleitung 7 abgeführt wird.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird über die Frischgasleitung 6 aus der Umgebung die Frischluft angesaugt, die durch einen Filter 9 geleitet wird und von einem Lader 10 eines Abgasturboladers 11 beim Betrieb desselben verdichtet wird. Dem Lader 10 ist ein Ladeluftkühler 12 nachgeschaltet. Anschließend an den Ladeluftkühler 12 ist eine Drossel 13 stromaufwärts einer Einmündung einer Abgasrückführleitung 14 in die Frischgasleitung 6 eingebaut. Die Abgasrückführleitung 14 verbindet die Abgasleitung 7 mit der Frischgasleitung 6, wobei in die Abgasrückführleitung 14 ein Abgasrückführventil 15 und ein Abgasrückführkühler 16 eingebaut sind. Mittels des Abgasrückführventils 15 kann die aus der Abgasleitung 7 in die Frischgasleitung 6 zurückgeführte Abgasmenge beliebig eingestellt werden.
  • Stromabwärts der Abzweigung in die Abgasrückführleitung 14 ist in die Abgasleitung 7 eine Turbine 17 des Abgasturboladers 11 eingebaut, die über eine Welle 18 mit dem Lader 10 verbunden ist. Bei durch die Turbine 17 strömendem Abgas ist der Abgasturbolader 11 in Betrieb verdichtet die dem Lader 10 zugeführte Frischluft.
  • Stromabwärts der Turbine 17 ist ein Abgasnachbehandlungssystem in die Abgasleitung 7 eingebaut, das zumindest einen Oxidationskatalysator 19 und gegebenenfalls weitere Komponenten wie beispielsweise einen Partikelfilter 20 aufweist. Nach der Durchströmung des Abgasnachbehandlungssystems strömt das dann gereinigte Abgas aus der Abgasleitung in die Umgebung. Für den Betrieb des Oxidationskatalysators 19, nämlich der chemischen Reduktion von schädlichen Bestandteilen in dem Abgas, muss die Abgastemperatur eingangs des Oxidationskatalysators 19 eine Grenzwerttemperatur überschreiten. Diese Grenzwerttemperatur kann bei einem Niedriglastbetrieb oder Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 unterschritten werden, so dass der Oxidationskatalysator 19 eine zumindest unzureichende Schadstoffreduktion ausführt. Die Folge ist eine erhöhte Emission schädlicher Bestandteile des Abgases des entsprechenden Fahrzeugs.
  • Durch ein sogenanntes Thermomanagement des Abgases kann bei einem Niedriglastbetrieb und Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 die Abgastemperatur auf einen Niveau gehalten werden, bei dem insbesondere der Oxidationskatalysator 19 noch eine ausreichende Reduktionswirkung aufweist. Darüber hinaus wird mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der zuvor beschriebenen Antriebseinrichtung das Thermomanagement des Abgases unter Einbezug des weiteren Antriebsaggregats 5 so ergänzt und verbessert, dass
    • 1. die Abgastemperatur im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 nicht soweit abfällt, dass die Abgasnachbehandlung in dem Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere in dem Oxidationskatalysator, 19 unwirksam wird,
    • 2. eine optimierte Fahrbarkeit des entsprechenden Fahrzeugs auch bei der Verwendung der Maßnahme Thermomanagement gewährleistet wird und
    • 3. die Rekuperationsleistung, die mittels des weiteren Antriebsaggregats 2, insbesondere mittels der Elektromaschine generierbar ist, maximiert wird.
  • Dazu sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass von dem Thermomanagement die Drossel 13 in der Frischgasleitung 3 komplett oder teilweise geschlossen wird und das Abgasrückführventil 15 in der Abgasrückführleitung 14 geöffnet wird. Dadurch wird ein Kreislauf von Frischluft und Abgas durch die Brennkraftmaschine 1 und die Abgasrückführleitung 14 eingestellt. Als Folge davon gerät weniger kalte Frischluft in die Brennkraftmaschine 1 und somit in die Abgasleitung 7 stromabwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung 14. Mit anderen Worten wird die Frischluft der Brennkraftmaschine 1 über die Abgasrückführleitung 14 rezirkuliert, die Füllung der Brennräume 8 der Brennkraftmaschine 1 aufgrund der Drosselwirkung des Abgasrückführventils 15 abgesenkt. Dadurch strömt im Ergebnis weniger kalte Frischluft in den Oxidationskatalysator 19, so dass dieser weniger abkühlt und somit insbesondere nach einer Beendigung des Schubbetriebs und dann wieder zugeführten (heißen) Abgas eine verbesserte Wirksamkeit aufweist. Gleichzeitig wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe des weiteren Antriebsaggregats 5, insbesondere mit deren Elektromaschine, die dann von in einer Batterie gespeicherten elektrischen Energie angetrieben wird, eine optimierte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine bei einer Wiederbeschleunigung eingestellt. Hierbei ist es nämlich so, dass nach einer Schubbetriebsphase der Abgasturbolader 11 durch die verminderte Abgas-Durchströmung der Turbine 17 soweit herunter gebremst ist, dass in einer anschließenden Beschleunigungsphase ein Ladedruckaufbau durch den Lader 10 in der Frischgasleitung 6 aufgrund des im Extremfall stehenden Abgasturboladers 11 verzögert erfolgt. Zum Ausgleich dieser verzögerten Leistungsaufnahme der herkömmlich betrieben Brennkraftmaschine 1 wird deshalb bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während diese Phase die Elektromaschine boosten, das heißt, es wird Drehmoment auf die Ausgangswelle 2 beziehungsweise den Antriebsstrang abgeben, bis von dem Abgasturbolader 11 ein genügend hoher Ladedruck aufgebaut ist und die Verbrennung in der Brennkraftmaschine wieder dynamisch gut erfolgen kann. In Ergebnis kann durch das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren die Fahrbarkeit des Fahrzeugs optimiert werden und gleichzeitig das Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere der Oxidationskatalysator 19 warm gehalten werden sowie ein erhöhtes Rekuperationspotential genutzt werden. Durch die ganz oder teilweise geschlossene Drossel 13 wird nämlich die Reibleistung der Brennkraftmaschine 1 im Schubbetrieb reduziert. Dieser Effekt stellt sich aufgrund einer geringeren Kraftstoff-Luftmasse in den Brennräumen 8 der Brennkraftmaschine 1 ein. In Kombination mit der im Schubbetrieb als Generator betriebenen Elektromaschine des zusätzlichen Antriebsaggregats 5 (BRS) kann aufgrund der niedrigeren Reibleistung der Brennkraftmaschine ein höheres Rekuperationspotential durch den Generator ausgenutzt werden.
  • Das in 2 dargestellte Ablaufdiagramm gibt den zuvor beschriebenen Sachverhalt vereinfacht wieder. In einem ersten Ablaufschritt 21 wird festgestellt, dass die Brennkraftmaschine 1 sich in einem Schubbetrieb befindet. Dann wird in einem zweiten Ablaufschritt 22 die Drossel 13 geschlossen und das Abgasrückführventil 15 geöffnet. Dadurch wird in parallel zueinander verlaufenden Ablaufschritten 23a, 23b durch das beschriebene Thermomanagement (Ablaufschritt 23a) insbesondere der Oxidationskatalysator 19 warm gehalten und gleichzeitig das erhöhte Rekuperationspotential durch die Elektromaschine genutzt (Ablaufschritt 23b). In einem nachfolgenden Ablaufschritt 24, wird zunächst eine Beendigung des Schubbetriebs 21 festgestellt, und dann (unverzüglich) eine Unterstützung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 1 durch das zusätzliche Antriebsaggregat 5, insbesondere durch die dann als Elektromotor betriebene Elektromaschine eingestellt und somit eine optimierte Fahrbarkeit des entsprechenden Fahrzeugs gewährleistet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012204352 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, umfassend eine Brennkraftmaschine (1) und zumindest ein weiteres Antriebsaggregat (5), wobei ein von der Brennkraftmaschine (1) beim Betrieb derselben emittiertes Abgas mittels eines Abgasnachbehandlungssystems behandelt wird, und wobei bei einer Abgastemperatur unterhalb einer Grenzwerttemperatur die Abgastemperatur erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Grenzwerttemperatur eine Abgasrückführung an der Brennkraftmaschine (1) eingestellt wird und bei einer zu erhöhenden Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (1) das weitere Antriebsaggregat (5) zur Unterstützung der Leistungsabgabe aktiviert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während und nach einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (1) angewendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Antriebsaggregat (5) die von einem abgebremsten Abgasturbolader (11) bewirkte verzögerte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (1) bei einer Wiederbeschleunigung der Brennkraftmaschine (1) ausgeglichen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (5) bis zu einem Aufbau von einem vorgegebenen Ladedruck des Abgasturboladers (11) betrieben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbau des vorgebenen Ladedrucks die Brennkraftmaschine (1) und das Antriebsaggregat (5) herkömmlich als Hybridsystem betrieben werden.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Abgasrückführung ein Abgasrückführventil (15) in einer Abgasrückführleitung (14) geöffnet und eine Drossel (13) in einer Frischgasleitung (6) der Brennkraftmaschine (1) geschlossen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermomanagementsystem bei einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (1) aktiviert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (5) als ein Riemen-Starter-Generator-System oder ein Parallelhybrid ausgebildet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (5) eine Elektromaschine umfasst.
  10. Antriebseinrichtung, umfassend eine Brennkraftmaschine (1) und zumindest ein weiteres Antriebsaggregat (5), wobei ein von der Brennkraftmaschine (1) beim Betrieb derselben emittiertes Abgas mittels eines Abgasnachbehandlungssystems behandelt wird, und wobei bei einer Abgastemperatur unterhalb einer Grenzwerttemperatur die Abgastemperatur erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (5) eine nach einer Schubbetriebsphase der Brennkraftmaschine (1) für eine optimierte Lastabgabe der Brennkraftmaschine (1) in einer Wiederbeschleunigungsphase zuschaltbare Elektromaschine aufweist.
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