-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Derartige Verfahren zum Betreiben von Gasmotoren von Kraftfahrzeugen, insbesondere Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Bei einem solchen Verfahren wird ein gasförmiger Kraftstoff wie beispielsweise Erdgas beziehungsweise CNG (Compressed Natural Gas) oder LNG (Liquified Natural Gas) in wenigstens einen Brennraum des Gasmotors eingebracht. Des Weiteren wird zumindest Luft in den Brennraum eingebracht, sodass in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt. Dies bedeutet, dass in dem Brennraum der in den Brennraum eingebrachte gasförmige Kraftstoff mit der Luft verbrannt wird. Hieraus resultiert Abgas des Gasmotors. Außerdem wird dadurch eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle des Gasmotors angetrieben.
-
Des Weiteren offenbart die
DE 10 2004 029 849 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Kraftfahrzeugs. Der
DE 10 2011 109 146 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangsystems als bekannt zu entnehmen. Aus der
DE 10 2013 220 349 A1 ist ein Regenerationsverfahren zur Regeneration eines einem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Adsorbers bekannt. Schließlich offenbart die
DE 193 38 871 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb realisierbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Beeinflussung, insbesondere zur Verbesserung beziehungsweise Optimierung, einer auch als Abgasnachbehandlung bezeichneten Nachbehandlung des Abgases und somit beispielsweise zur Reduzierung von Schadstoff- beziehungsweise Abgasemissionen mittels wenigstens einer mit der Abtriebswelle gekoppelten elektrischen Maschine eine Lastpunktverschiebung des Gasmotors bewirkt wird. Im Rahmen dieser Lastpunktverschiebung wird ein Auf- und/oder Ablasten des Gasmotors mittels der elektrischen Maschine bewirkt. Unter dem Auflasten ist eine Lastpunktverschiebung hin zu höheren, von dem Gasmotor über die Abtriebswelle bereitzustellenden Lasten zu verstehen, sodass beispielsweise zum Auflasten die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben wird. In dem Generatorbetrieb und somit zum Auflasten nimmt die elektrische Maschine ein von dem Gasmotor über die Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment auf, wodurch die elektrische Maschine über die Abtriebswelle von dem Gasmotor angetrieben wird. Hierbei wird beispielsweise mittels der elektrischen Maschine mechanische Energie, die beim Auflasten über die Abtriebswelle in die elektrische Maschine eingeleitet und von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt wird, in elektrische Energie umgewandelt, welche von der elektrischen Maschine bereitgestellt wird und beispielsweise in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert und/oder wenigstens einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden kann.
-
Unter dem Ablasten ist eine Lastpunktverschiebung hin zu geringeren, von dem Gasmotor über die Abtriebswelle bereitzustellenden Lasten zu verstehen. Zum Ablasten wird beispielsweise die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben, welcher wenigstens ein Drehmoment bereitstellt. Das Drehmoment wird auf die Abtriebswelle übertragen, wodurch die Abtriebswelle beispielsweise durch in dem Brennraum ablaufende Verbrennungsvorgänge sowie durch die elektrische Maschine angetrieben wird. Durch das bedarfsgerechte Auf- und Ablasten kann beispielsweise wenigstens eine in einem von dem Abgas des Gasmotors durchströmbaren Abgastrakt herrschende Temperatur gezielt beziehungsweise bedarfsgerecht eingestellt werden, sodass sich beispielsweise eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung in zumindest nahezu jedem Betriebszustand des Gasmotors realisieren lässt. Bei der Temperatur handelt es sich beispielsweise um eine auch als Abgastemperatur bezeichnete Temperatur des Abgases und/oder um eine Temperatur eines Abgasnachbehandlungselements, mittels welchem das Abgas nachbehandelt wird. Das Abgasnachbehandlungselement ist beispielsweise im Abgastrakt angeordnet und von dem Abgas durchströmbar. Das Abgasnachbehandlungselement ist beispielsweise als Katalysator, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, ausgebildet oder umfasst wenigstens einen Katalysator. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Die Güte der Abgasnachbehandlung ist stark abhängig von Temperaturen in dem Abgastrakt, insbesondere in dem Katalysator. Während für die Abgase von Benzinmotoren die Anspringtemperatur des Katalysators relativ niedrig liegt, wobei beispielsweise ab circa 200 Grad Celsius Konversionsraten von 50 Prozent erreicht werden, ist die Anspringtemperatur bei einem Gasmotor aufgrund der hohen chemischen Stabilität des gasförmigen Kraftstoffes beziehungsweise des Methan-Moleküls deutlich höher, wobei beispielsweise ab circa 380 Grad Celsius Konversionsraten von 50 Prozent erreicht werden. Unter bestimmten Randbedingungen können beispielsweise bei Personenkraftwagen mit beispielsweise als Erdgasmotoren ausgebildeten Gasmotoren jedoch sehr niedrige Abgastemperaturen entstehen. Dies gilt insbesondere für niedrige Motorleistungen, bei großen Motoren in leichten Fahrzeugen, bei Motoren mit hohen Verdichtungsverhältnissen und Motoren mit Abgasturboladern. In der Folge wird die Temperatur im Katalysator für eine effiziente Abgasnachbehandlung nicht erreicht beziehungsweise diese fällt unter eine kritische Schwelle. Daraus können unerwünschte Schadstoffemissionen wie beispielsweise Methan (CH4) beziehungsweise HC-Emissionen resultieren. Unter HC-Emissionen sind Emissionen von verbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) zu verstehen.
-
Um den oben genannten Problemen und Nachteilen zu entgegen, bietet sich eine Elektrifizierung eines den Gasmotor umfassenden Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs an. Hierbei kann die elektrische Maschine beispielsweise als integrierter Startergenerator (ISG) ausgebildet sein, sodass beispielsweise die elektrische Maschine, insbesondere deren Rotor, koaxial zur Abtriebswelle, insbesondere auf die Abtriebswelle, angeordnet ist. Durch die durch die Elektrifizierung, das heißt durch die Verwendung der elektrischen Maschine, gewonnene Möglichkeit der gezielten Lastpunktverschiebung des als Verbrennungsmotor ausgebildeten Gasmotors kann der Betrieb des Gasmotors in ungünstigen Bereichen vermieden oder reduziert werden. Die während des Auflastens gewonnene elektrische Energie kann beispielsweise im Energiespeicher, welcher insbesondere als Batterie ausgebildet ist, zumindest zwischengespeichert werden. Die gewonnene und im Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie kann beispielsweise beim Ablasten verwendet werden, um die elektrische Maschine als Elektromotor und somit als elektrischer Antrieb zu betreiben. Hierzu wird die im Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie der elektrischen Maschine zugeführt. Hierdurch kann beispielsweise folgende Betriebsstrategie realisiert werden: Die Temperatur wird beispielsweise als Abgastemperatur oder Katalysatortemperatur gemessen, insbesondere mittels wenigstens eines in dem Abgastrakt angeordneten Temperatursensors. Alternativ oder zusätzlich wird die Temperatur beispielsweise als Abgastemperatur oder als Katalysatortemperatur mittels eines Temperaturmodells in einer auch als Steuergerät bezeichneten elektronischen Recheneinrichtung berechnet. In Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur entscheidet beispielsweise das auch als Motorsteuergerät bezeichnete Steuergerät, insbesondere auf Basis festgelegter Grenzwerte, ob es die Last in einem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine durch Auflasten erhöht oder durch Ablasten verringert. Ein solcher Schaltpunkt liegt beispielsweise zwischen 300 Grad Celsius und 500 Grad Celsius. Liegt beispielsweise die ermittelte Temperatur unterhalb einer vorgebbaren oder vorgegebenen Grenztemperatur, so erfolgt ein Auflasten. Durch dieses Auflasten, das heißt durch die Lastpunktverschiebung hin zu höheren Lasten, wird eine Erhöhung der Temperatur bewirkt, sodass eine besonders effiziente Abgasnachbehandlung gewährleistet werden kann.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, insbesondere die Methan-Emissionen, besonders gering gehalten werden. Gegenüber einer Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät kann ein höherer Wirkungsgrad des Gasmotors realisiert werden, sodass sich ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb realisieren lässt. Ferner können die CO2-Emissionen besonders gering gehalten werden.
-
Der zuvor genannte Schaltpunkt beziehungsweise die Grenztemperatur, welche auch als Umschalttemperatur bezeichnet wird, kann variabel sein und wird beispielsweise mit zunehmender Alterung des Katalysators erhöht. Die Alterung des Katalysators kann beispielsweise über ein Katalysator-Alterungsmodell im Steuergerät, insbesondere in Abhängigkeit von der Höhe der Abgastemperaturen und der Dauer ihres Auftretens, ermittelt werden. Die Umschalttemperatur wird beispielsweise in Abhängigkeit von der Motorbetriebsart festgelegt. Als Motorbetriebsarten sind beispielsweise ein stöchiometrischer Betrieb oder ein Magerbetrieb vorgesehen. Mit anderen Worten wird die Umschalttemperatur beispielsweise in Abhängigkeit davon festgelegt, ob der Gasmotor stöchiometrisch und somit in einem stöchiometrischen Betrieb oder mager und somit in einem Magerbetrieb betrieben wird. Im Magerbetrieb wird eine höhere Grenztemperatur als im stöchiometrischen Betrieb gewählt.
-
Das Einbringen des gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum wird auch als Einblasen oder Einblasung bezeichnet. Vorzugsweise kommt eine Direkteinblasung zum Einsatz, in deren Rahmen der gasförmige Kraftstoff direkt in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum eingeblasen wird. Der gasförmige Kraftstoff wird beispielsweise mittels eines Gaseinblaseventils, insbesondere direkt in den Brennraum, eingeblasen. Vorzugsweise ist das Gaseinblaseventil als elektromagnetisch betätigbares Gaseinblaseventil ausgebildet, welches, insbesondere zum Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs, vorzugsweise elektromagnetisch betätigt wird.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Gaseinblaseventil zentral in einem Zylinderkopf angeordnet ist. Beispielsweise wird ein auch als Systemdruck bezeichneter Druck, mit welchem der gasförmige Kraftstoff eingeblasen wird, elektronisch geregelt. Die Betriebsstrategie kann beispielsweise mithilfe eines Radarsignals des Kraftfahrzeugs, auf Basis eines gewünschten Streckenprofils und/oder mithilfe eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs weiter optimiert werden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Motorkennfeld eines Gasmotors, welches zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
-
Im Folgenden wird anhand der einzigen Fig. ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors erläutert, dessen Motorkennfeld in der Fig. gezeigt ist. Insbesondere ist in der Fig. die sogenannte Volllastlinie 10 des Gasmotors gezeigt. Wie üblich ist auf der Abszisse 12 des Motorkennfelds die Drehzahl des Gasmotors aufgetragen, während auf der Ordinate 14 des Motorkennfelds die Last des Gasmotors aufgetragen ist. Bei dem Verfahren wird der Gasmotor in seinem befeuerten Betrieb betrieben, bei welchem ein gasförmiger Kraftstoff in wenigstens einem beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum des Gasmotors eingebracht, insbesondere direkt eingeblasen, wird. Ferner wird Luft in den Brennraum eingebracht, sodass im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird auch als Gemisch bezeichnet und, beispielsweise mittels einer Fremdzündeinrichtung, gezündet und dadurch verbrannt. Dies bedeutet, dass der in den Brennraum eingebrachte gasförmige Kraftstoff mit der Luft in dem Brennraum verbrannt wird. Aus der Verbrennung des Gemisches resultiert Abgas, welches beispielsweise aus dem Brennraum aus- und in einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt des Gasmotors einströmen kann. Das Abgas kann den Abgastrakt durchströmen. Ferner wird durch das Verbrennen des Gemisches ein in dem Brennraum angeordneter Kolben angetrieben, welcher beispielsweise translatorisch bewegbar in dem Brennraum angeordnet ist. Der Kolben ist beispielsweise gelenkig mit einer insbesondere als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle des Gasmotors gekoppelt, welcher über die Abtriebswelle jeweilige Drehmomente und somit Lasten bereitstellen kann. Da durch das Verbrennen des Gemisches der Kolben in dem Brennraum angetrieben wird, wird die Abtriebswelle angetrieben und dadurch um eine Drehachse gedreht. Je nach Betriebs- beziehungsweise Lastpunkt des Gasmotors dreht sich die Abtriebswelle mit einer jeweiligen Drehzahl um ihre Drehachse.
-
Des Weiteren ist in dem Abgastrakt wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement angeordnet, welches beispielsweise wenigstens einen Katalysator, insbesondere einen 3-Wege-Katalysator, umfasst. Der Katalysator ist von dem Abgas durchströmbar, welches mittels des Katalysators nachbehandelt wird. Dieses Nachbehandeln des Abgases wird auch als Nachbehandlung oder Abgasnachbehandlung bezeichnet.
-
Um nun einen besonders emissionsarmen Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass zur Beeinflussung der Abgasnachbehandlung mittels wenigstens einer mit der Abtriebswelle gekoppelten elektrischen Maschine eine Lastpunktverschiebung des Gasmotors bewirkt wird.
-
Aus der Fig. ist erkennbar, dass in das Motorkennfeld eine gestrichelte Gerade 16 eingetragen ist. Die gestrichelte Gerade 16 charakterisiert beispielsweise eine kritische Temperatur, insbesondere eine kritische Temperatur des Abgases, wobei die kritische Temperatur des Abgases auch als kritische Abgastemperatur bezeichnet wird. Mit anderen Worten charakterisiert die gestrichelte Gerade 16 beispielsweise eine Grenztemperatur. Bei dem Verfahren wird beispielsweise wenigstens eine in dem Abgastrakt herrschende Temperatur als eine Ist-Temperatur ermittelt. Die Ist-Temperatur wird beispielsweise mittels wenigstens eines Temperatursensors erfasst oder mittels einer elektronischen Recheneinrichtung berechnet. Ferner wird die Ist-Temperatur beispielsweise mit der Grenztemperatur verglichen. Wie zuvor angedeutet, hängt die Ist-Temperatur von dem jeweiligen Last- beziehungsweise Betriebspunkt, in welchem der Gasmotor aktuell betrieben wird, ab.
-
Dabei ist in das Motorkennfeld ein erster Lastpunkt 18 eingetragen, in welchem beispielsweise der Gasmotor zunächst betrieben wird. Aus der Fig. ist erkennbar, dass beim Betrieb des Gasmotors in dem Lastpunkt 18 die aus dem Betrieb des Gasmotors in dem Lastpunkt 18 resultierende Ist-Temperatur geringer als die Grenztemperatur ist. Liegt die Ist-Temperatur beispielsweise unterhalb der Grenztemperatur, so ist beispielsweise eine Fähigkeit des Katalysators hinsichtlich der Abgasnachbehandlung nur unzureichend ausgeschöpft. Liegt nun die Ist-Temperatur unterhalb der Grenztemperatur, so bewirkt die elektronische Recheneinrichtung durch entsprechendes Ansteuern beziehungsweise Betreiben der elektrischen Maschine eine Lastpunktverschiebung beispielsweise in Form eines sogenannten Auflastens, wodurch der Lastpunkt 18 hin zu höheren Lasten verschoben wird. Infolge des Auflastens wird der Gasmotor dann nicht mehr in dem Lastpunkt 18, sondern in einem Lastpunkt 20 betrieben, in welchem der Gasmotor über die Abtriebswelle gegenüber dem Lastpunkt 18 eine höhere Last bereitstellt. Aus der Fig. ist dabei erkennbar, dass bei dem Betrieb des Gasmotors in dem Lastpunkt 20 die Ist-Temperatur die Grenztemperatur überschreitet, sodass das Abgas mittels des Katalysators besonders vorteilhaft nachbehandelt werden kann. Zum Auflasten des Gasmotors wird die elektrische Maschine beispielsweise in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben, der über die Abtriebswelle von dem Gasmotor angetrieben wird. Somit kann eine Erhöhung der Ist-Temperatur bewirkt werden, sodass ein besonders emissionsarmer Betrieb darstellbar ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Volllastlinie
- 12
- Abszisse
- 14
- Ordinate
- 16
- gestrichelte Gerade
- 18
- Lastpunkt
- 20
- Lastpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004029849 A1 [0003]
- DE 102011109146 A1 [0003]
- DE 102013220349 A1 [0003]
- DE 19338871 A1 [0003]
