DE102018124922A1 - Diesel hybrid drive technology with urea-free NOx conversion - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebstechnik für Fahrzeuge mit einem Diesel-Hybrid-Antrieb. Die Antriebstechnik umfasst eine Antriebsvorrichtung und ein Betriebsverfahren. Eine Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (13) für den Dieselmotor (11) umfasst eine steuerbare Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17), um dem Abgas (34) in einer Abgaspassage (14) Kraftstoff beizugeben, sowie einen Katalysator (20) zur Entfernung von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas (34) durch Reaktion mit dem beigegebenen Kraftstoff. In einem Hochlast-Betriebsmodus (MODE 1) wird die Leistung (Pd) des Dieselmotors auf einen Dauerbetrieb-Nennwert (Pr) beschränkt und es wird Kraftstoff in das Abgas (34) stromabwärts des Dieselmotors (1) beigegeben. Weiterhin wird gemäß einer ermittelten Bedarfsmenge (In-Motor-Beigabemenge) Zusatz-Kraftstoff im Dieselmotor (11) beigegeben. Die Kraftstoff-Beigaben erfolgen, um in der Abgaspassage ein Luft-Kraftstoffverhältnis nahe dem stöchiometrischen Gleichgewicht (Lambda ≈ 1) zu erreichen. Eine durch die In-Motor-Beigabemenge erzeugte Überschuss-Leistung (Pex) wird am Elektromotor (12) aufgenommen.The invention relates to a drive technology for vehicles with a diesel hybrid drive. The drive technology comprises a drive device and an operating method. An exhaust gas aftertreatment device (13) for the diesel engine (11) comprises a controllable fuel addition device (17) to add fuel to the exhaust gas (34) in an exhaust gas passage (14) and a catalyst (20) for removing nitrogen oxides (NOx ) from the exhaust gas (34) by reaction with the added fuel. In a high-load operating mode (MODE 1), the power (Pd) of the diesel engine is limited to a continuous operation nominal value (Pr) and fuel is added to the exhaust gas (34) downstream of the diesel engine (1). Furthermore, additional fuel is added to the diesel engine (11) according to a determined required amount (in-engine addition amount). The fuel is added in order to achieve an air-fuel ratio close to the stoichiometric equilibrium (lambda ≈ 1) in the exhaust passage. An excess power (Pex) generated by the in-motor addition quantity is absorbed by the electric motor (12).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebstechnik für Hybrid-Diesel-Fahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, die einen Dieselmotor und einen Elektromotor als kombiniert betreibbare Fahrantriebe aufweisen.The present invention relates to a drive technology for hybrid diesel vehicles, in particular for passenger cars or trucks, which have a diesel engine and an electric motor as drive drives which can be operated in combination.
In der Praxis ist es bekannt, Dieselmotoren mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung auszustatten, die Stickoxide durch Beigabe eines separaten Reduktionsmittels in einem Katalysator für eine selektive Katalyse zu reduzieren. Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich in der Regel um Ammoniak, der beim Zerfall von eingespritztem Harnstoff in der Abgaspassage entsteht. Es ist aber auch möglich, Ammoniak direkt als Reduktionsmittel beizugeben. Der Katalysator ist in der Regel ein SCR-Katalysator.In practice it is known to equip diesel engines with an exhaust gas aftertreatment device to reduce the nitrogen oxides by adding a separate reducing agent in a catalytic converter for selective catalysis. The reducing agent is usually ammonia, which is formed when injected urea decomposes in the exhaust passage. But it is also possible to add ammonia directly as a reducing agent. The catalyst is usually an SCR catalyst.
Andererseits ist es bekannt, zur Einsparung von Kraftstoff und Verbrennungsemissionen einen Dieselmotor zusätzlich mit einem Elektromotor zu kombinieren, um einen Hybridantrieb zu schaffen. Bei einem Hybridantrieb wird eine Lastverteilung zwischen dem Dieselmotor und dem Elektromotor ermöglicht. Der Elektromotor kann sowohl unter Entnahme von elektrischer Energie aus einem elektrischen Fahrenergiespeicher eine Vortriebsleistung erzeugen, als auch unter Rekuperation (Aufladung) des Fahrenergiespeichers eine mechanische Leistung aufnehmen, die von dem Dieselmotor und/oder aus der Dynamik des Fahrzeugs stammen kann.On the other hand, it is known to additionally combine a diesel engine with an electric motor to save fuel and combustion emissions in order to create a hybrid drive. With a hybrid drive, a load distribution between the diesel engine and the electric motor is made possible. The electric motor can generate a propulsive power both when electrical energy is drawn from an electrical driving energy storage device and can also take up mechanical power when the driving energy storage device is recuperated (charged), which power can come from the diesel engine and / or from the dynamics of the vehicle.
Dieselmotoren haben im Vergleich zu anderen Brennkraftmaschinen wie beispielsweise Benzinmotoren deutlich höhere Herstellungskosten, bieten aber einen deutlich niedrigeren CO2-Ausstoß und haben einen an sich geringeren Kraftstoffverbrauch. Es hat sich gezeigt, dass eine Antriebsvorrichtung, die einen Dieselmotor, einen Elektromotor und einen mit Urea bzw. Ammoniak betriebenen SCR-Katalysator kombiniert, derart hohe Herstellungskosten mit sich bringt, dass diese Antriebsform vom Kunden nicht angenommen wird.Diesel engines have significantly higher production costs than other internal combustion engines such as gasoline engines, but offer significantly lower CO2 emissions and have lower fuel consumption. It has been shown that a drive device which combines a diesel engine, an electric motor and a SCR catalytic converter operated with urea or ammonia has such high manufacturing costs that this form of drive is not accepted by the customer.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antriebstechnik für ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor und einem Elektromotor aufzuzeigen, die insbesondere geringere Herstellungskosten aufweist und die strengen Emissionsrichtlinien für CO2- und Stickoxid-Emissionen einhalten kann. Die Antriebstechnik umfasst eine Antriebsvorrichtung und ein Betriebsverfahren für die Antriebsvorrichtung. Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Kennzeichenmerkmale der eigenständigen Ansprüche.It is an object of the present invention to show an improved drive technology for a vehicle with a diesel engine and an electric motor, which has, in particular, lower production costs and can comply with the strict emission guidelines for CO2 and nitrogen oxide emissions. The drive technology comprises a drive device and an operating method for the drive device. The invention solves the problem by the characteristics of the independent claims.
Die Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann mit einem Diesel-Hybrid-Antrieb, d.h. mit einer Kombination aus einem Dieselmotor und einem Elektromotor der o.g. Art kombiniert werden. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung selbst den Dieselmotor und/oder den Elektromotor sowie etwaig deren zugehörige Steuerkomponenten umfassen.The drive device according to the present disclosure can be with a diesel hybrid drive, i.e. with a combination of a diesel engine and an electric motor of the above Kind of be combined. Alternatively, the drive device itself can include the diesel engine and / or the electric motor and any associated control components.
Nachfolgend wird ein erster Aspekt der Offenbarung erläutert, der für sich allein oder in Kombination mit weiteren Aspekten, die untern erläutert werden, zur Lösung der Aufgabe beiträgt.A first aspect of the disclosure is explained below, which alone or in combination with other aspects which are explained below, contributes to the solution of the task.
Die Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung zur Behandlung des Abgases des Dieselmotors. Die Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung weist eine Abgaspassage auf, an oder in der entlang der Flussrichtung des Abgases eine steuerbare Kraftstoff-Beigabevorrichtung und ein Katalysator angeordnet sind. Die Kraftstoff-Beigabevorrichtung ist dazu vorgesehen und ausgebildet, dem Abgas in der Abgaspassage einen Kraftstoff beizugeben. Dabei kann es sich insbesondere um den (Diesel)Kraftstoff handeln, der auch für den Betrieb des Dieselmotors verwendet wird. Die Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung ist mit anderen Worten dazu ausgebildet, eine Nach-Motor-Injektion auszuführen.The drive device according to the present disclosure includes an exhaust gas aftertreatment device for treating the exhaust gas of the diesel engine. The exhaust gas aftertreatment device has an exhaust gas passage, on or in which a controllable fuel addition device and a catalytic converter are arranged along the flow direction of the exhaust gas. The fuel addition device is provided and designed to add fuel to the exhaust gas in the exhaust passage. In particular, this can be the (diesel) fuel that is also used for the operation of the diesel engine. In other words, the exhaust gas aftertreatment device is designed to carry out an after-engine injection.
Der Katalysator der Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist zur Entfernung von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas vorgesehen und ausgebildet, und zwar durch Umwandlung der Stickoxide unter Verwendung des beigegebenen Kraftstoffs. Darüber hinaus kann der Katalysator dazu ausgebildet sein, Stickoxide zu speichern bzw. zu adsorbieren.The catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device according to the present disclosure is provided and designed to remove nitrogen oxides (NOx) from the exhaust gas by converting the nitrogen oxides using the added fuel. In addition, the catalytic converter can be designed to store or adsorb nitrogen oxides.
Die Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Kraftstoff-Beigabe.The exhaust gas aftertreatment device further comprises a control device for controlling the fuel addition.
Die Kraftstoff-Beigabe erfolgt bevorzugt nicht nur als Nach-Motor-Injektion sondern zusätzlich durch eine In-Motor-Injektion.The fuel is preferably added not only as an after-engine injection but also by an in-engine injection.
Die Beigabe von Kraftstoff in das Abgas erfolgt in einer solchen Art, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und insbesondere im Bereich des Katalysators einem Soll-Wert angenähert wird, der nahe dem stöchiometrischen Gleichgewicht liegt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird also in einem Bereich stromabwärts der Brennkammer derart verändert, dass ein Sauerstoffüberschuss im Abgas reduziert oder auf Null gesenkt wird. Innerhalb der Brennkammer kann - insbesondere vor und während der Verbrennung - ein anderes und deutlich höheres Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegen. Fuel is added to the exhaust gas in such a way that the air-fuel ratio of the exhaust gas and in particular in the region of the catalytic converter is approximated to a target value that is close to the stoichiometric equilibrium. The air-fuel ratio is therefore changed in a region downstream of the combustion chamber in such a way that an excess of oxygen in the exhaust gas is reduced or reduced to zero. A different and significantly higher air-fuel ratio can be present within the combustion chamber, particularly before and during combustion.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auch als Lambda-Wert bezeichnet. Für den Verbrennungsprozess in einem Dieselmotor muss - insbesondere im weiter unten erläuterten Hochlast-Betrieb mit einem konventionellen Dieselkraftstoff - vor oder während der Zündung des Luft-Kraftstoffgemischs in der Brennkammer ein Lambda-Wert vorgesehen werden, der deutlich über 1 liegt, der also beispielsweise den Wert 1,3 oder höher hat. Wenn der Lambda-Wert vor oder während der Verbrennung von konventionellem Dieselkraftstoff im Bereich des stöchiometrischen Gleichgewichts liegt, d.h. Lambda ist gleich 1 oder Lambda im Bereich von 1,05 bis beispielsweise 1,1 oder 1,15, wird bei der Verbrennung eine unzulässige Menge an Ruß erzeugt.The air-fuel ratio is also called the lambda value. For the combustion process in a diesel engine - especially in the high-load operation with a conventional diesel fuel explained below - a lambda value must be provided in the combustion chamber before or during the ignition of the air-fuel mixture, which is clearly above 1, which is, for example, the Has a value of 1.3 or higher. If the lambda value before or during the combustion of conventional diesel fuel is in the range of the stoichiometric equilibrium, i.e. Lambda is equal to 1 or lambda in the range from 1.05 to, for example, 1.1 or 1.15, an unacceptable amount of soot is produced during combustion.
Bei Benzinmotoren ist es demgegenüber möglich, ohne eine übermäßige Rußerzeugung ein Luft-Kraftstoff-Gemisch nahe dem stöchiometrischen Gleichgewicht vorzusehen, d.h. Lambda ist gleich oder kleiner 1,0. Deshalb ist es bei Benzinmotoren möglich, mit einem besonders einfach und kostengünstig aufgebauten Drei-Wege-Katalysator eine effiziente Stickoxid-Reduktion durchzuführen.In contrast, in gasoline engines it is possible to provide an air-fuel mixture close to the stoichiometric equilibrium without excessive soot generation, i.e. Lambda is equal to or less than 1.0. That is why it is possible with gasoline engines to carry out an efficient nitrogen oxide reduction with a particularly simple and inexpensive three-way catalytic converter.
Bei herkömmlichen Dieselmotoren ist durch den SauerstoffÜberschuss im Abgas eine Nutzung des Drei-Wege-Katalysators ausgeschlossen, weil dieser nur in einem engen Lambda-Wertebereich um Lambda ist gleich 1,0 funktioniert.In conventional diesel engines, the excess oxygen in the exhaust gas prevents the three-way catalytic converter from being used, because it only works in a narrow lambda value range around lambda equal to 1.0.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird für einen Diesel-Hybrid-Antrieb bzw. für die offenbarungsgemäße Antriebsvorrichtung ein neuer Betriebsmodus vorgesehen, der als Hochlast-Betrieb bezeichnet wird.In the context of the present invention, a new operating mode is provided for a diesel hybrid drive or for the drive device according to the disclosure, which is referred to as high-load operation.
Im Hochlast-Betrieb wird durch die oben genannte Nach-Motor-Injektion, bei der eine bestimmte Nach-Motor-Beigabemenge an Kraftstoff in das Abgas beigegeben wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Abgas (zumindest) hinter dem Motorauslass verändert und dem stöchiometrischen Gleichgewicht angenähert. Auf diese Weise wird es ermöglicht, auf eine teure selektive Katalyse und die zugehörige Urea- oder Ammoniak-Einspritzung zu verzichten.In high-load operation, the above-mentioned after-engine injection, in which a certain after-engine addition amount of fuel is added to the exhaust gas, changes the air-fuel ratio for the exhaust gas (at least) behind the engine outlet and that approximated stoichiometric balance. This makes it possible to dispense with expensive selective catalysis and the associated urea or ammonia injection.
Zusätzlich ist vorgesehen, dass im Hochlast-Betrieb eine Bedarfsmenge für eine Kraftstoff-Beigabe im Dieselmotor als In-Motor-Beigabemenge ermittelt wird. Die In-Motor-Beigabemenge kann zusätzlich zu der Nach-Motor-Beigabemenge zumindest zeitweise erforderlich sein, um die Annäherung des Lambda-Werts an das stöchiometrische Gleichgewicht zu ermöglichen. Insbesondere kann durch die präzise steuerbaren Kraftstoffinjektoren, die in der Regel ohnehin am Dieselmotor vorgesehen sind, eine im Hinblick auf die Einspritzmenge sowie im Hinblick auf das Einspritz-Timing besonders genaue Beigabe von zusätzlichen Kraftstoff erfolgen. Somit kann durch die In-Motor-Beigabemenge beispielsweise eine Fein-Annäherung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas an den Soll-Wert erfolgen, während durch die Nach-Motor-Beigabemenge eine Grob-Annäherung erfolgt.In addition, it is provided that in high-load operation, a required amount for adding fuel to the diesel engine is determined as an in-engine added amount. In addition to the post-engine addition amount, the in-engine addition amount may at least temporarily be necessary in order to allow the lambda value to approximate the stoichiometric equilibrium. In particular, the precisely controllable fuel injectors, which are generally provided on the diesel engine anyway, allow additional fuel to be added particularly precisely with regard to the injection quantity and with regard to the injection timing. Thus, the in-engine addition quantity, for example, allows the air-fuel ratio in the exhaust gas to be approximated to the target value, while the post-engine addition quantity provides a rough approximation.
Die Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe kann bevorzugt durch eine Vorsteuerung gesteuert sein, während die In-Motor-Kraftstoffbeigabe durch eine Regelung erfolgen kann.The after-engine fuel addition can preferably be controlled by a pilot control, while the in-engine fuel addition can be carried out by a regulation.
Die In-Motor-Beigabemenge kann auf beliebige Weise und durch ein beliebiges Gerät oder Verfahren ermittelt werden, bevorzugt durch die Steuereinrichtung der Antriebsvorrichtung und weiterhin bevorzugt durch einen Soll-Ist-Vergleich, d.h. einen Vergleich des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases (Ist-Wert) mit einem Soll-Wert. Das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wird bevorzugt in einem Bereich stromabwärts der Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe ermittelt, insbesondere durch einen Lambda-Sensor.The in-motor addition amount can be determined in any manner and by any device or method, preferably by the control device of the drive device and further preferably by a target / actual comparison, i.e. a comparison of the actual air-fuel ratio of the exhaust gas (actual value) with a target value. The actual air-fuel ratio of the exhaust gas is preferably determined in a region downstream of the after-engine fuel addition, in particular by means of a lambda sensor.
Die Steuereinrichtung der Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung erzeugt bevorzugt weiterhin eine Beigabe-Steueranweisung für den Dieselmotor, damit an oder im Dieselmotor im Hochlast-Betrieb die In-Motor-Beigabemenge an Kraftstoff beigegeben wird.The control device of the exhaust gas aftertreatment device preferably also generates an addition control instruction for the diesel engine, so that the in-engine addition amount of fuel is added to or in the diesel engine in high-load operation.
Für die Ermittlung der In-Motor-Beigabemenge kann insbesondere ein Ist-Lambdawert bzw. ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas stromabwärts zu der Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe durch einen Lambda-Sensor gemessen werden, der bevorzugt in der Nähe des Katalysators angeordnet ist, insbesondere im Eingangsbereich des Katalysators oder in Strömungsrichtung des Abgases zwischen der Kraftstoff-Beigabevorrichtung und dem Katalysator.To determine the amount of in-engine added, in particular an actual lambda value or an actual air-fuel ratio in the exhaust gas downstream of the after-engine fuel addition can be measured by a lambda sensor, which is preferably arranged in the vicinity of the catalytic converter is, in particular in the entrance area of the catalytic converter or in the flow direction of the exhaust gas between the fuel addition device and the catalytic converter.
Die In-Motor-Beigabemenge kann auf Basis einer ermittelten (Rest-) Abweichung zwischen dem Soll-Wert und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases berechnet werden.The in-engine addition quantity can be calculated on the basis of a determined (residual) deviation between the target value and the actual air-fuel ratio of the exhaust gas.
Die Nach-Motor-Beigabemenge ist bevorzugt größer und insbesondere deutlich größer als die In-Motor-Beigabemenge.The post-engine addition amount is preferably larger and in particular significantly larger than the in-engine addition amount.
Durch den zusätzlichen Kraftstoff, der durch die In-Motor-Kraftstoffbeigabe eingespritzt wird, kann eine überschüssige Leistung erzeugt werden, die über die reguläre Leistungsanforderung hinausgeht, die beispielsweise gemäß der Gaspedalstellung des Fahrzeugs oder gemäß einer sonstigen Lastanfrage ermittelt worden ist. Eine solche überschüssige Leistung des Dieselmotors könnte zu einem unerwarteten Fahrverhalten führen.The additional fuel that is injected by the in-engine fuel addition can generate excess power that goes beyond the regular power requirement that has been determined, for example, according to the accelerator pedal position of the vehicle or according to another load request. Such excess power from the diesel engine could lead to unexpected driving behavior.
Dem Fachmann ist bekannt, dass ein übermäßiger Betrieb eines Motors durch verschiedene Parameter charakterisierbar ist, die insbesondere einzeln oder in Kombination verwendbar sind. Ferner ist dem Fachmann bekannt, dass für die Charakterisierung des Betriebs eines Motors Parameter mit verschiedenen Zeitbezügen verwendbar sind, d.h. bspw. Momentan-Parameter, Kurzzeit-Parameter und Dauer-Parameter. Der Begriff „Leistung“ soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Oberbegriff für diese verschiedenen Parameter gelten. Er umfasst also sowohl eine „mechanische Leistung“, als auch eine „mechanische Arbeit“ oder ein „Drehmoment“. Der Begriff Leistung wird stellvertretend für die diversen möglichen Parameter verwendet. Ergänzend wird der Begriff „Drehmoment“ verwendet. Der Fachmann kennt die physikalischen Phänomene, die beim Betrieb eines Dieselmotors und eines Elektromotors in einem Hybrid-System auftreten können. Ihm ist bekannt, dass das Drehmoment eines Verbrennungsmotors wesentlich von der verbrannten Kraftstoffmenge abhängt, weshalb das Drehmoment ein besonders häufig verwendeter Parameter ist. Ihm ist weiterhin bekannt, dass dieselbe Leistung durch verschiedene Kombinationen von Drehzahl und Drehmoment erreichbar sind, und dass unter den verschiedenen möglichen Parametern, die vorliegend unter dem Begriff „Leistung“ zusammengefasst sind, umgerechnet werden kann.It is known to the person skilled in the art that excessive operation of an engine can be characterized by various parameters, which can be used in particular individually or in combination. It is also known to the person skilled in the art that parameters with different time references can be used to characterize the operation of an engine, i.e. For example, instantaneous parameters, short-term parameters and duration parameters. In the context of the present disclosure, the term “performance” is intended to be the generic term for these various parameters. It therefore encompasses both "mechanical performance" and "mechanical work" or "torque". The term performance is used to represent the various possible parameters. The term "torque" is also used. The person skilled in the art knows the physical phenomena which can occur when a diesel engine and an electric motor are operated in a hybrid system. He knows that the torque of an internal combustion engine depends significantly on the amount of fuel burned, which is why the torque is a particularly frequently used parameter. He is also aware that the same performance can be achieved through different combinations of speed and torque, and that the various possible parameters, which are summarized here under the term "performance", can be used to convert.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist vorgesehen, dass eine Kompensations-Steueranweisung für den Elektromotor erzeugt wird, damit die aus der In-Motor-Beigabemenge resultierende überschüssige Leistung oder das entsprechende überschüssige Drehmoment des Dieselmotors durch den Elektromotor aufgenommen wird. Die überschüssige Leistung kann insbesondere zum Laden des Fahrenergiespeichers verwendet werden und/oder zum Betrieb von elektrischen Verbrauchern am Fahrzeug.In the context of the present disclosure, it is provided that a compensation control instruction for the electric motor is generated so that the excess power resulting from the in-engine addition quantity or the corresponding excess torque of the diesel engine is absorbed by the electric motor. The excess power can be used in particular to charge the driving energy store and / or to operate electrical consumers on the vehicle.
Durch die Kombination der Kraftstoffbeigaben nach dem Motor und im Motor wird also eine besonders genaue Anpassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas im Bereich des Katalysators ermöglicht, insbesondere durch die Kombination einer etwas gröberen Vorsteuerung mit einer Fein-Regelung.The combination of the fuel additives after the engine and in the engine thus enables a particularly precise adaptation of the air-fuel ratio in the exhaust gas in the region of the catalytic converter, in particular by combining a somewhat coarser pilot control with a fine control.
Somit kann auch für den Dieselhybridantrieb ein Katalysator eingesetzt werden, der keine selektiven Katalyse-Eigenschaften aufzuweisen braucht, insbesondere kann (ausschließlich) ein sogenannter Stickoxid-Speicherkatalysator (LNT) oder (ausschließlich) ein Drei-Wege-Katalysator eingesetzt werden. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, eine Kombination aus einem Stickoxid-Speicherkatalysator (LNT) und einem Drei-Wege-Katalysator zu verwenden. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann ein Katalysator für selektive Katalyse von Stickoxiden (SCR) eingesetzt werden, der aber ohne eine Harnstoff- oder Ammoniak-Einspritzung betrieben wird. Mit anderen Worten ist es ausreichend, dass die Antriebsvorrichtung nur über einen oder mehrere Katalysatoren verfügt, die Stickoxide aus dem Abgas (ausschließlich) durch eine Reaktion mit dem beigegebenen Kraftstoff entfernen. Die Beigabe eines separaten Reduktionsmittels, das kein Kraftsoff ist, ist somit nicht erforderlich.This means that a catalytic converter that does not need to have selective catalytic properties can also be used for the diesel hybrid drive. In particular, a so-called nitrogen oxide storage catalytic converter (LNT) or (exclusively) a three-way catalytic converter can be used. As an alternative or in addition, it is possible to use a combination of a nitrogen oxide storage catalytic converter (LNT) and a three-way catalytic converter. Again, alternatively or additionally, a catalyst for selective catalysis of nitrogen oxides (SCR) can be used, but this is operated without a urea or ammonia injection. In other words, it is sufficient that the drive device has only one or more catalytic converters which (exclusively) remove nitrogen oxides from the exhaust gas by a reaction with the added fuel. It is therefore not necessary to add a separate reducing agent that is not a fuel.
Die offenbarte Antriebstechnik umfasst als einen weiteren Aspekt, der für sich allein oder in Kombination mit dem vorgenannten Aspekt verwendet werden kann, ein Betriebsverfahren, in dem der Hochlast-Betrieb als einer von verschiedenen Betriebsmodi vorgesehen ist.The drive technology disclosed includes, as a further aspect, which can be used alone or in combination with the aforementioned aspect, an operating method in which the high-load operation is provided as one of different operating modes.
Besondere Vorteile für eine effiziente und/oder emissionsarme Nutzung der Antriebstechnik ergeben sich, wenn der Hochlast-Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer Stickoxid-Umwandlungseffizienz und insbesondere in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur sowie weiterhin in Abhängigkeit von einem Zustand des Hybridsystems ausgewählt wird, d.h. der momentanen Verfügbarkeit einer Antriebsunterstützung durch den Elektromotor oder der momentanen Möglichkeit einer Aufladung des Fahrenergiespeichers. Andere Betriebsmodi können so angepasst sein, dass einerseits eine besonders effiziente Stickoxidumwandlung stattfindet und andererseits die besonderen Vorteile des Dieselmotors, nämlich der niedrige CO2-Ausstoß genutzt werden.There are particular advantages for efficient and / or low-emission use of the drive technology if the high-load operating mode is selected as a function of a nitrogen oxide conversion efficiency and in particular as a function of an exhaust gas temperature and also as a function of a state of the hybrid system, ie the current availability a drive support by the electric motor or the current possibility of charging the driving energy storage. Other Operating modes can be adjusted so that on the one hand a particularly efficient nitrogen oxide conversion takes place and on the other hand the special advantages of the diesel engine, namely the low CO2 emissions, are used.
Die Anpassung der anderen Betriebsmodi hat insbesondere den Vorteil, dass der Hochlast-Betriebsmodus nur in einem sehr geringen Zeitanteil des Fahrbetriebs genutzt wird, beispielsweise in weniger als 3% oder weniger als 1% der Fahrzeit. Auf diese Weise wird der Mehrverbrauch an Kraftstoff, der während des Hochlast-Betriebs durch die Kraftstoffbeigabe zum Abgas erzeugt wird, insgesamt auf ein Minimum reduziert und durch die Vorteile des Hybridantriebs ausgeglichen.The adaptation of the other operating modes has the particular advantage that the high-load operating mode is used only in a very small proportion of the time during driving, for example in less than 3% or less than 1% of the driving time. In this way, the additional consumption of fuel that is generated during the high-load operation by adding fuel to the exhaust gas is reduced to a minimum overall and offset by the advantages of the hybrid drive.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Diese zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung der Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung; -
2 : ein Schemadiagramm zur Erläuterung der Entstehung von Stickoxidmengen an einem Dieselmotor bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen; -
3 : ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung verschiedener Aspekte eines Betriebsverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung.
-
1 : A schematic representation of the drive device according to the present disclosure; -
2nd : a schematic diagram to explain the formation of nitrogen oxide amounts on a diesel engine under different operating conditions; -
3rd : A flowchart illustrating various aspects of an operating method according to the present disclosure.
Die Ansaugluft kann durch mindestens einen Kompressor (
Zur Energieversorgung des Elektromotors (
Der Dieselmotor (
Die Antriebsvorrichtung (
In der genannten Flussrichtung des Abgases (
Ein Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung sieht vor, die vorgenannte Antriebsvorrichtung zu betreiben, wobei das Betriebsverfahren eine Mehrzahl an Betriebsmodi umfassen kann, darunter zumindest einen Hochlast-Betriebsmodus (MODE
Kraftstoff wird in das Abgas (
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Nach-Motor-Kraftstoff-Beigabemenge deutlich größer als die In-Motor-Beigabemenge. Insbesondere kann durch die Nach-Motor-Beigabemenge der wesentliche bzw. überwiegende Teil eines Sauerstoff-Überschusses im Abgas (
An oder in der Kraftstoffpassage (
Auf Basis des ermittelten oder bezogenen Wertes für das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (
Die In-Motor-Beigabemenge wird im Dieselmotor (
Eine Vorgabe für die Injektionsart kann bestimmen, dass die In-Motor-Beigabemenge entweder vollständige im Rahmen einer Haupt-Injektion beigegeben werden soll, oder einerseits anteilig im Rahmen einer Haupt-Injektion und andererseits anteilig im Rahmen einer Post-Injektion.A specification for the type of injection can determine that the in-motor addition quantity is either to be added completely as part of a main injection, or on the one hand as part of a main injection and on the other hand as part of a post-injection.
Wiederum alternativ kann eine Vorgabe für die Injektionsart umfassen, dass die In-Motor-Beigabemenge vollständig im Rahmen einer Post-Injektion beizugeben ist.Again, as an alternative, a specification for the type of injection can include that the in-motor addition quantity is to be added entirely as part of a post-injection.
Wenn die In-Motor-Beigabemenge zumindest anteilig im Rahmen einer Haupt-Injektion erfolgt, wird etwaig mehr Kraftstoff in der Brennkammer (
Nachfolgend wird der Begriff überschüssige Motorleistung (
Die Auswahl des Hochlast-Betriebsmodus (Mode
In einem ersten Schritt (
In einem Folgeschritt (
Die Dauerbetrieb-Nennleistung (
Die Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (
Thermische Schädigungen treten häufig zuerst an den Turbinenschaufeln einer solchen Hochdruck-Turbine (
Grundsätzlich wird von dem Dieselmotor (
Mit einer Steigerung der in der Brennkammer (
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist vorgesehen, dass besonders hohe Soll-Leistungen (
Wenn dieser Fall eintritt, was beispielsweise bei einer längeren Bergauffahrt des Fahrzeugs geschehen kann, wird der Hochlast-Betriebsmodus (Mode
Durch die zusätzliche Beigabe von Kraftstoff in das Abgas (
Infolge der Beschränkung der Abgabeleistung des Dieselmotors wird eine Überlastung der Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (
Da während des Hochlast-Betriebsmodus die überschüssige Abgabeleistung (
Wenn in Schritt (
Durch das Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung wird somit erreicht, dass auch ohne eine aufwendige Harnstoff- oder Ammoniak-Beigabe eine effiziente Stickoxid-Reduktion in Betriebsphasen ermöglicht wird, in denen eine hohe Leistungsabgabe vom Dieselmotor (
Das Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst weiterhin Anweisungen und Maßnahmen, um eine unzureichende Stickoxidumwandlung in Folge einer zu niedrigen Abgastemperatur (
Solange also gemäß Schritt
Wenn jedoch gemäß Schritt
In dem Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist weiterhin vorgesehen, dass in Betriebszuständen, in denen die Abgastemperatur (
- - Gemäß Schritt
S23 unter gleichzeitiger Ladung des Fahrenergiespeichers (29 ) erfolgen soll, in dem die Abgabeleistung (Pd ) des Dieselmotors oberhalb der Soll-Leistung (P* ) gewählt wird, und der Überschussbetrag der Leistung von dem Elektromotor aufgenommen wird; oder ob - - die Soll-Leistung gemäß Schritt
S14 vollständig durch die Abgabeleistung (Pd ) des Dieselmotors erbracht werden soll; oder ob - - eine elektrische Antriebsunterstützung gemäß Schritt
S33 erfolgen soll, bei der die Soll-Leistung (P* ) nur zum Teil durch die Abgabeleistung (Pd ) des Dieselmotors und ergänzend durch die Abgabeleistung (Pel ) des Elektromotors gedeckt wird.
- - According to step
S23 with simultaneous charging of the driving energy storage (29 ) in which the power output (Pd ) of the diesel engine above the target power (P * ) is selected, and the excess amount of power is absorbed by the electric motor; or if - - The target output according to step
S14 completely through the power output (Pd ) the diesel engine is to be provided; or if - - An electrical drive support according to step
S33 at which the target power (P * ) only partly due to the power output (Pd ) of the diesel engine and in addition by the power output (Pel ) of the electric motor is covered.
Es ist zu beachten, dass bei der Ausführung gemäß Schritt
Alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Merkmalen können weitere Maßnahmen die Kosteneffizienz sowie die Stickoxidumwandlungseffizienz der offenbarten Antriebstechnik begünstigen.Alternatively or in addition to the aforementioned features, further measures can favor the cost efficiency and the nitrogen oxide conversion efficiency of the disclosed drive technology.
Stromaufwärts zu dem Katalysator (
Um die Erzeugung von Stickoxiden im Verbrennungsprozess zu optimieren, kann die Antriebsvorrichtung (
An oder in der Abgasrückführungsvorrichtung (
In einer Ansaugpassage (
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann als Kraftstoff ein rußarm oder rußfrei verbrennender synthetischer Dieselkraftstoff verwendet werden. Insbesondere im Hochlast-Betrieb (MODE
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können alle zu den Ausführungsbeispielen geschriebenen, gezeigten oder in sonstiger Weise offenbarten Merkmale beliebig miteinander kombiniert oder gegeneinander ersetzt werden.Modifications of the invention are possible in various ways. In particular, all of the features written, shown or otherwise disclosed for the exemplary embodiments can be combined with one another as desired or replaced with one another.
Die Antriebsvorrichtung (
BezugszeichenlisteReference list
Claims (11)
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2018
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