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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, wobei die Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt gestartet wird, der günstig ist zum Produzieren von Abgas mit einer ausreichend hohen Temperatur für einen Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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Bei Brennkraftmaschinen hat sich zur Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerte eine katalytische Nachbehandlung der Abgase durchgesetzt. Abgasnachbehandlungseinrichtungen, besonders Katalysatoren, benötigen eine bestimmte Temperatur, um effizient zu funktionieren. Die Temperaturen, die durch die Abgase der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, werden im Betrieb einer Brennkraftmaschine jedoch nicht immer erreicht, besonders unter Kaltstartbedingungen. Ausreichende Abgastemperaturen werden vor allem erst nach einer bestimmten Betriebszeit erreicht. So sind beispielsweise Kraftfahrzeuge vor einem Erreichen einer Autobahn oder einer Fernstraße häufig auf Straßen unterwegs, auf denen sie mit geringen Geschwindigkeiten und häufigen Stopps gesteuert werden. Für Katalysatoren bedeuten das, dass ihre Betriebstemperatur nicht oder erst nach einem längeren Zeitraum erreicht werden. Das ist ungünstig, da in der kalten Startphase besonders viele Schadstoffe erzeugt werden und nur unzureichend aus dem Abgas gereinigt werden können. Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, besteht im Vorheizen eines betreffenden Katalysators vor dem Starten der Brennkraftmaschine (
AT 508 065 ).
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Zum Reduzieren von Emissionen und auch um einen Kraftstoffverbrauch ökonomisch zu gestalten, ist es bei Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb sinnvoll, zu Beginn des Betriebs das entsprechende Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine fortzubewegen, bis ein Verkehrsweg erreicht ist, der einen Betrieb der Brennkraftmaschine erlaubt, in dem ein hohes Drehmoment und damit hohe Abgastemperaturen erreicht werden. Dabei besteht jedoch das Problem, dass nicht genau bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt der Brennkraftmaschinenbetrieb gestartet werden sollte. Es besteht darum die Aufgabe, einen Hybridantrieb so zu steuern, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine des Hybridantriebs zu einem optimalen Zeitpunkt startet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, mit den Schritten:
- – S1) Aufnehmen und Ablegen von Information über mindestens eine zurückgelegte Reiseroute,
- – S2) Starten einer Bewegung des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine,
- – S3) Aufnehmen von Informationen über eine aktuelle Reiseroute,
- – S4) Berechnen einer Wahrscheinlichkeit, dass aus der aktuellen Reiseroute auf der Basis der abgelegten Informationen ein bestimmter weiterer Reiseweg vorhergesagt werden kann,
- – S5) Bestimmen einer optimalen Startverzögerung der Brennkraftmaschine,
- – S6) Bestimmen eines Bedarfs an elektrischer Energie, um während der Startverzögerung das Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine anzutreiben,
- – S7) Starten der Brennkraftmaschine, wenn ein vorhergesagter Punkt der Reiseroute erreicht ist, an dem ein Betrieb der Brennkraftmaschine unter Produktion von Abgas mit einer Temperatur ermöglicht wird, die ein Funktionieren der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht,
wobei die Schritte S1 bis S6 mittels einer Regeleinrichtung durchgeführt werden, und in Schritt S7 die Information über den erreichten Punkt der Reiseroute an eine Steuereinrichtung gesendet werden, die die Brennkraftmaschine startet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft, weil es eine Vorhersage der zu fahrenden Strecke eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantrieb unter Verwendung der elektrischen Maschine erlaubt, bevor die Brennkraftmaschine in Betrieb genommen wird, um im Betrieb der Brennkraftmaschine schnell eine Abgastemperatur zu erreichen, die einen Betrieb einer im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung erlaubt. Der Begriff "schnell" bezieht sich auf den Zeitraum, in dem durch das Abgas die Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungstemperatur erreicht werden können, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verglichen zu herkömmlichen Verfahren kürzer ist. Der Betrieb der Brennkraftmaschine unter einer hohen Last unmittelbar nach dem Start ist günstig ist für die Produktion von Abgas mit derart hohen Temperaturen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung möglichst schnell ihre Betriebstemperatur erreicht. Die Kaltstartphase wird dadurch vorteilhaft verkürzt, wodurch die Emission von Schadstoffen während der Startphase eingeschränkt und die Abgasreinigung umweltschonend gesteuert wird. Mit anderen Worten wird in dem Verfahren solange elektrisch gefahren, bis derartige Bedingungen vorhanden sind, unter denen die Brennkraftmaschine bei Inbetriebnahme schnell Abgas mit Temperaturen erreicht, die für ein Funktionieren der Abgasnachbehandlungseinrichtung notwendig sind.
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Das Aufnehmen und Ablegen der Information geschieht fortwährend während der Fahrt auf der Regeleinrichtung. Die Regeleinrichtung ist eine dem Fachmann bekannte Einrichtung zum Abspeichern und Auswerten von Informationen. Der Begriff Startverzögerung der Brennkraftmaschine bedeutet, dass der Start der Brennkraftmaschine solange hinausgezögert wird, bis ein optimaler Zeitpunkt zum Starten erreicht worden ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist besonders ein Katalysator; die Begriffe Abgasnachbehandlungseinrichtung und Katalysator werden darum auch synonym verwendet.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in dem Verfahren in einem zusätzlichen Schritt 6a ein Bedarf an elektrischer Energie bestimmt wird, der während der Startverzögerung der Brennkraftmaschine für den Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine notwendig ist. Dadurch kann vorteilhaft vorhergesagt werden, ob genügend elektrische Energie für elektrischen Antrieb bis zum Starten der Brennkraftmaschine bereitsteht. Es ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die zur Verfügung stehende elektrische Energie so genutzt wird, dass sie bis zum berechneten Start der Brennkraftmaschine ausreicht. Es ist darum besonders bevorzugt, wenn in dem Verfahren das Kraftfahrzeug in einem derartigen Modus betrieben wird, dass die Energie einer Kraftfahrzeugbatterie für den elektrischen Antrieb bis zum Starten der Brennkraftmaschine ausreicht. Mit anderen Worten wird eine Fahrt so gestaltet, dass der Energieverbrauch dem Energievorrat angepasst wird.
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Vorzugsweise werden in dem Verfahren die Informationen aus der Gruppe Reiseroute, Tageszeit und Wochentag ausgewählt. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in dem Verfahren zusätzlich GPS-Informationen in die Bestimmung einfließen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in dem Verfahren zusätzlich Informationen eines Navigationssystems betreffend eine vorprogrammierte zu fahrende Strecke in die Bestimmung einfließen.
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Das Verfahren lässt sich besonders mit einem Vollhybrid-Kraftfahrzeug durchführen, da ein Vollhybrid ausschließlich die elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs nutzen kann. Es ist darum bevorzugt, wenn als Hybridantrieb ein Vollhybridantrieb verwendet wird.
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Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine beim Starten mit einer hohen Last betrieben. Dabei entsteht Abgas mit hohen Temperaturen. In Abhängigkeit von der Last können dabei aber auch mehr Emissionen entstehen, so dass die zu erreichenden Abgastemperaturen und die ausgestoßenen Emissionen, besonders an Stickoxiden, vorteilhafterweise gegeneinander abgewogen werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend einen Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine, mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, einer Regeleinrichtung und einer Steuereinrichtung, bei der in der Regeleinrichtung ein Routenplaner implementiert ist.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit seriellem Hybridantrieb.
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit parallelem Hybridantrieb.
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3 eine Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine Anordnung 1 gemäß der Darstellung von 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 2, die eine selbstzündende oder eine fremdgezündete Brennkraftmaschine sein kann. Die Brennkraftmaschine 2 weist drei Zylinder 2a auf, kann alternativ beispielsweise aber auch zwei, vier, fünf, sechs oder acht Zylinder aufweisen. Ein Ansaugtrakt 3 ist für die Zuleitung von Ansaugluft mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden. Ein Abgastrakt 4 ist mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden, um Abgas abzuleiten. In dem Abgastrakt 4 ist eine Abgasnachbehandlungsanlage 5 angeordnet. Die Abgasnachbehandlungsanlage 5 umfasst mindestens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 6, z.B. besonders einen Stickoxidspeicherkatalysator, einen Oxidationskatalysator, einen Partikelfilter und / oder einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion.
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In der Abgasnachbehandlungsanlage 5 ist ein erster Temperatursensor 7a zum Messen der Temperatur des Katalysators 6 und des Abgases angeordnet. Ein zweiter Temperatursensor 7b ist stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanlage 5 im Abgastrakt 4 zum Messen der Abgastemperatur angeordnet. Die Sensoren 7a, 7b sind mit einer Steuereinrichtung 8 verbunden. Die Steuereinrichtung 8 ist weiterhin mit der Brennkraftmaschine 2 und einer elektrischen Maschine 9, auch als Elektromotor 9 bezeichnet, verbunden.
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Die Anordnung gemäß der Darstellung von 1 entspricht einem seriellen Hybridantrieb in einem Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine 2 hat keine direkte mechanische Verbindung zum Antriebsstrang 10, sondern treibt einen Generator 11 mechanisch an, der mechanische Energie in elektrische umwandelt. Eine Ladeeinheit 12 stellt elektrischen Strom zum Laden eines Akkumulators 13 bereit. Weiterhin stellt die Ladeeinheit 12 elektrische Energie für eine Wandlereinheit 14 bereit, die elektrische Energie mit adäquaten Parametern für den Elektromotor 9 bereitstellt. Der Elektromotor 9 ist zum Antrieb des Kraftfahrzeugs über die Räder 15 mit dem Antriebsstrang 10 verbunden. Zur Energierückgewinnung ist ein Schwungradspeicher 16 in der Anordnung 1 angeordnet.
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Alternativ kann ein Kraftfahrzeug einen parallelen Hybridantrieb aufweisen, wie er in 2 dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 2 ist dabei parallel zum Elektromotor 9 angeordnet und über ein Getriebe 17 mit diesem verbunden, wobei beide zum Antrieb eines entsprechenden Kraftfahrzeugs über einen Antriebsstrang 10 vorgesehen sind, über den die Räder 15 des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Die Brennkraftmaschine 2 ist auch hier mit einem Ansaugtrakt 3 und Abgastrakt 4 verbunden, wobei im Abgastrakt 4 eine Abgasnachbehandlungsanlage 5 mit einem Katalysator 6 angeordnet ist, Temperatursensoren 7a, 7b angeordnet sind und eine Regeleinrichtung 8 mit den Temperatursensoren 7a, 7b, der Brennkraftmaschine 2 und dem Elektromotor 9 verbunden. Der Elektromotor 9 ist über eine Wandlereinheit 14 mit einem Akkumulator 13 als Energiespeicher verbunden.
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Um den Katalysator 6 möglichst effizient zur Abgasreinigung zu nutzen, wird in einem Verfahren gemäß 3 der Hybridantrieb derart gesteuert, dass Abgas möglichst schnell nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 mit hohen Temperaturen erzeugt wird. Während eines normalen Betriebs eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantrieb gemäß 1 wird in einem ersten Schritt S1 Information über mindestens eine zurückgelegte Reiseroute aufgenommen und in der Regeleinrichtung 8 abgelegt, d.h. abgespeichert. Die Informationen betreffen z.B. eine Reiseroute, eine Tageszeit und / oder einen Wochentag. Weiterhin können GPS-Informationen aufgenommen werden. Ist ein Navigationssystem im Kraftfahrzeug vorhanden, können zusätzlich Informationen eines Navigationssystems betreffend eine vorprogrammierte zu fahrende Strecke aufgenommen werden.
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Im normalen Betrieb wird das Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine 9 und / oder mit der Brennkraftmaschine 2 angetrieben. Bei einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs in einem zweiten Schritt S2 wird die Fortbewegung zunächst mittels der elektrischen Maschine 9 realisiert. In einem dritten Schritt S3 werden während eines Betriebs der elektrischen Maschine 9 nach einem Start des Kraftfahrzeugs Informationen über die aktuelle Reiseroute aufgenommen und in der Regeleinrichtung 8 abgelegt. Diese Information entsprechen den in Schritt S1 aufgenommen Informationen, die auf der Regeleinrichtung 8 abgelegt wurden. Aus den aufgenommenen Informationen wird von der Regeleinrichtung 8 in einem vierten Schritt S4 eine Wahrscheinlichkeit berechnet, dass aus der aktuellen Reiseroute auf der Basis der abgelegten Informationen ein bestimmter weiterer Reiseweg vorhergesagt werden kann. Mit Hilfe der berechneten Wahrscheinlichkeit wird in einem fünften Schritt S5 eine optimale Startverzögerung der Brennkraftmaschine 2 bestimmt, d.h. die Zeit und die Strecke bestimmt, bis die Brennkraftmaschine 2 idealerweise den Betrieb startet. In einem sechsten Schritt S6 wird ein Bedarf an elektrischer Energie bestimmt, um während der Startverzögerung des Kraftfahrzeugs ausschließlich mittels der elektrischen Maschine 9 anzutreiben.
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Zusätzlich kann in einem Schritt 6a ein Bedarf an elektrischer Energie bestimmt werden, um während der berechneten möglichen Startverzögerung der Brennkraftmaschine 2 das Kraftfahrzeug ausschließlich mittels der elektrischen Maschine 9 anzutreiben. Aus dieser Information kann z.B. die Fahrweise schonend und damit wenig energieverbrauchend gestaltet werden, wenn der Energievorrat begrenzt ist. Die Regeleinrichtung 8 steht in Verbindung zum Akkumulator 13, um den Stand an verfügbarer Energie, oder mit anderen Worten den Ladezustand des Akkumulators 13, zu ermitteln und die Bestimmung einfließen zu lassen.
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In einem siebten Schritt S7 wird die Brennkraftmaschine 2 gestartet, wenn ein vorhergesagter Punkt der Reiseroute erreicht ist, die einen Betrieb der Brennkraftmaschine 2 ermöglichen, in dem in einem kurzen Zeitraum nach dem Starten der Brennkraftmaschine 2 derart hohe Temperaturen des Abgases erreicht werden, dass ein effektiver Betrieb des Katalysators 6 ermöglicht wird. Dabei wird die Brennkraftmaschine 2 vorzugsweise mit einer hohen Last betrieben, so dass Abgas mit einer derart hohen Temperatur produziert wird, die ein schnelles Erreichen der Betriebstemperaturen der Brennkraftmaschine ermöglicht. Dazu werden die Informationen über den erreichten Punkt der Reiseroute an eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gesendet, die die Brennkraftmaschine 2 startet. Der kurze Zeitraum bezieht sich auf die schnellstmögliche Zeit, in der durch das Abgas die Betriebstemperatur des Katalysators 6 erreicht werden können. Die Betriebstemperaturen werden bevorzugt nach drei Minuten erreicht, noch bevorzugter nach zwei Minuten, noch bevorzugter nach einer Minute, und noch bevorzugter nach 30 s. Die Abgastemperaturen werden durch die Sensoren 7a, 7b gemessen und an die Regeleinrichtung 8 gesendet. Idealerweise wird die Last der Brennkraftmaschine so gesteuert, dass ausreichend hohe Temperaturen des Abgases entstehen, dabei aber die Emissionen an Schadstoffen, besonders Stickoxiden, begrenzt bleiben.
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Wenn der Vorrat an elektrischer Energie zu limitiert ist, kann die Brennkraftmaschine 2 alternativ auch früher gestartet werden als zu dem berechneten optimalen Zeitpunkt, um die Bewegung des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 2a
- Zylinder
- 3
- Ansaugtrakt
- 4
- Abgastrakt
- 5
- Abgasnachbehandlungsanlage
- 6
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 7a
- Temperatursensor
- 7b
- Temperatursensor
- 8
- Regeleinrichtung
- 9
- elektrische Maschine
- 10
- Antriebsstrang
- 11
- Generator
- 12
- Ladeeinheit
- 13
- Akkumulator
- 14
- Wandlereinheit
- 15
- Rad
- 16
- Schwungradspeicher
- 17
- Getriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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