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.
The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. These show:
  • 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.

1 zeigt eine Antriebsvorrichtung (10) in einer schematischen Darstellung. Die Antriebsvorrichtung (10) ist zum Einsatz an einem Fahrzeug (nicht dargestellt) vorgesehen und ausgebildet. Das Fahrzeug kann über einen Dieselmotor (11) und einen Elektromotor (12) verfügen. Der Dieselmotor (11) ist zur vereinfachten Darstellung durch eine Brennkammer (27) repräsentiert. Ansaugluft wird von einer Ansaugpassage (24) her über ein Einlassventil in die Brennkammer (27) eingeführt und dort mit einem Kraftstoff verbrannt, der durch einen Kraftstoffinjektor (28) eingespritzt wird. Der Kraftstoffinjektor (28) ist bevorzugt an oder in der Brennkammer (27) angeordnet. 1 shows a drive device ( 10th ) in a schematic representation. The drive device ( 10th ) is intended and designed for use on a vehicle (not shown). The vehicle can be powered by a diesel engine ( 11 ) and an electric motor ( 12th ) feature. The diesel engine ( 11 ) is for simplified representation by a combustion chamber ( 27 ) represents. Intake air is drawn from an intake passage ( 24th ) via an inlet valve into the combustion chamber ( 27 ) and burned there with a fuel that is injected through a fuel injector ( 28 ) is injected. The fuel injector ( 28 ) is preferably on or in the combustion chamber ( 27 ) arranged.

Die Ansaugluft kann durch mindestens einen Kompressor (19) aufgeladen werden. Der Kompressor ist in der Ansaugpassage stromaufwärts zu dem Motoreinlass (25) und stromabwärts zu einem Frischlufteinlass (26) angeordnet. Er wird bevorzugt direkt durch eine Turbine (18) angetrieben, die in der Abgaspassage (14) angeordnet ist.The intake air can be controlled by at least one compressor ( 19th ) to be charged. The compressor is in the intake passage upstream of the engine inlet ( 25th ) and downstream to a fresh air inlet ( 26 ) arranged. It is preferably driven directly by a turbine ( 18th ) driven in the exhaust passage ( 14 ) is arranged.

Zur Energieversorgung des Elektromotors (12) kann ein elektrischer Fahrenergiespeicher (29) vorgesehen sein.For energy supply to the electric motor ( 12th ) an electrical driving energy storage ( 29 ) be provided.

Der Dieselmotor (11) und/oder der Elektromotor (12) sowie die vorgenannten zusätzlichen Komponenten können jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination Bestandteil der Antriebsvorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung sein.The diesel engine ( 11 ) and / or the electric motor ( 12th ) and the aforementioned additional components can each be part of the drive device (individually or in any combination) 10th ) according to the present disclosure.

Die Antriebsvorrichtung (10) umfasst eine Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (13). Diese weist eine Abgaspassage (14) auf, welche sich von einem Motorauslass (15) in Richtung zu einem Auspuff (16) erstreckt und ein von dem Dieselmotor (11) austretendes Abgas führt. Die Flussrichtung des Abgases (34) ist dementsprechend von dem Motorauslass (15) zum Auspuff (16) hin gerichtet.The drive device ( 10th ) includes an exhaust gas aftertreatment device ( 13 ). This has an exhaust passage ( 14 ), which extends from an engine outlet ( 15 ) towards an exhaust ( 16 ) extends and one of the diesel engine ( 11 ) leading exhaust gas. The flow direction of the exhaust gas ( 34 is accordingly from the engine outlet ( 15 ) to the exhaust ( 16 ) directed towards it.

In der genannten Flussrichtung des Abgases (34) sind an oder in der Abgaspassage (14) zumindest eine steuerbare Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17) und ein Katalysator (20) angeordnet, welche die oben genannte Ausbildung haben.In the direction of flow of the exhaust gas ( 34 ) are on or in the exhaust passage ( 14 ) at least one controllable fuel addition device ( 17th ) and a catalyst ( 20th ) arranged, which have the above training.

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 1), in dem die nachfolgend genannten Schritte ausgeführt werden.An operating method according to the present disclosure provides for operating the aforementioned drive device, wherein the operating method can comprise a plurality of operating modes, including at least one high-load operating mode (MODE 1 ) by following the steps below.

Kraftstoff wird in das Abgas (34) stromabwärts des Dieselmotors (1) und stromaufwärts zu dem Katalysator (20) als Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe eingespritzt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) im Bereich des Katalysators (20) einem Soll-Wert anzunähern, der nahe oder gleich dem stöchiometrischen Gleichgewicht liegt, d.h. Lambda ist gleich 1. Es wird eine Bedarfsmenge für eine (ergänzende) Kraftstoff-Beigabe im Dieselmotor (11) ermittelt, die nachfolgend als In-Motor-Beigabemenge bezeichnet wird. Die In-Motor-Beigabemenge kann erforderlich sein, um zusätzlich zu der oben genannten Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe weiteren Kraftstoff bereits im Dieselmotor (11) einzuspritzen und hierdurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) im Bereich des Katalysators (20) dem vorgenannten Soll-Wert anzunähern.Fuel is in the exhaust ( 34 ) downstream of the diesel engine ( 1 ) and upstream to the catalyst ( 20th ) injected as an after-engine fuel additive to determine the air-fuel ratio of the exhaust gas ( 34 ) in the area of the catalyst ( 20th ) to approach a target value that is close to or equal to the stoichiometric equilibrium, ie lambda is equal to 1. There is a required quantity for an (additional) fuel addition in the diesel engine ( 11 ) determined, which is referred to below as the in-motor addition quantity. The in-motor addition amount may be required to be in addition to the above-mentioned after-motor Additional fuel already added to the diesel engine ( 11 ) and thereby the air-fuel ratio of the exhaust gas ( 34 ) in the area of the catalyst ( 20th ) to approach the aforementioned target value.

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 (34), der bei einem regulären Betrieb nach der Verbrennung in einer Brennkammer (27) des Dieselmotors (11) vorliegen würde, ausgleichen und hierdurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) dem Soll-Wert angenähert werden. Für die Durchführung einer Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe wird bevorzugt die Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17, 17') betätigt, die zwischen dem Motorauslass (15) und dem Katalysator (20) in zumindest einfacher Ausführung, ggf. in mehrfacher Ausführung an oder in der Abgaspassage (14) vorgesehen ist. Die Nach-Motor-Beigabemenge an Kraftstoff kann beispielsweise gewählt werden, um mindestens 50% und bevorzugt mehr als 80% des vorgenannten Sauerstoffüberschusses im Abgas (34) nach der regulären Verbrennung auszugleichen.According to a preferred embodiment, the post-engine fuel addition amount is significantly larger than the in-engine addition amount. In particular, the substantial or predominant part of an excess of oxygen in the exhaust gas ( 34 ), which during regular operation after combustion in a combustion chamber ( 27 ) of the diesel engine ( 11 ) would exist, thereby compensating for the air-fuel ratio of the exhaust gas ( 34 ) are approximated to the target value. To carry out an after-engine fuel addition, the fuel addition device ( 17th , 17 ' ) operated between the engine outlet ( 15 ) and the catalyst ( 20th ) in at least a simple version, possibly in a multiple version on or in the exhaust passage ( 14 ) is provided. The amount of fuel added to the engine can be selected, for example, by at least 50% and preferably more than 80% of the aforementioned excess of oxygen in the exhaust gas ( 34 ) after regular combustion.

An oder in der Kraftstoffpassage (14) kann mindestens ein Lambda-Sensor (35) vorgesehen sein. Insbesondere ist bevorzugt mindestens ein Lambda-Sensor (35) zwischen der mindestens einen Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17,17') und dem Katalysator (20) angeordnet. Über den mindestens einen Lambda-Sensor (35) kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) vor oder am Katalysator (20) erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein momentanes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) vor oder am Katalysator (20) auf andere Weise ermittelt oder bezogen werden, beispielsweise durch Berechnung in einem Verbrennungsmodell und/oder durch Abfrage von einem externen Steuergerät, beispielsweise einem etwaig separat vorgesehenen Dieselmotor-Steuergerät (nicht dargestellt). At or in the fuel passage ( 14 ) at least one lambda sensor ( 35 ) be provided. In particular, at least one lambda sensor ( 35 ) between the at least one fuel addition device ( 17th , 17 ' ) and the catalyst ( 20th ) arranged. Via the at least one lambda sensor ( 35 ) the air-fuel ratio of the exhaust gas ( 34 ) in front of or on the catalyst ( 20th ) are recorded. Alternatively or additionally, a current air-fuel ratio of the exhaust gas ( 34 ) in front of or on the catalyst ( 20th ) are determined or obtained in another way, for example by calculation in a combustion model and / or by querying an external control unit, for example a diesel engine control unit (not shown), which may be provided separately.

Auf Basis des ermittelten oder bezogenen Wertes für das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) kann erfasst werden, ob noch eine Abweichung gegenüber dem Soll-Wert vorliegt. Wenn dies der Fall ist, kann auf Basis der ermittelten Abweichung eine Bedarfsmenge für eine zusätzliche Kraftstoffbeigabe im Dieselmotor (11) als In-Motor-Beigabemenge erfolgen.Based on the determined or related value for the actual air-fuel ratio of the exhaust gas ( 34 ) it can be determined whether there is still a deviation from the target value. If this is the case, a required quantity for an additional fuel addition in the diesel engine ( 11 ) as an in-motor addition quantity.

Die In-Motor-Beigabemenge wird im Dieselmotor (11) beigegeben. Hierfür wird bevorzugt durch das Steuergerät (23) der Antriebsvorrichtung (10) eine entsprechende Beigabe-Steueranweisung erzeugt. Das Steuergerät (23) kann einen Kraftstoffinjektor (28) des Dieselmotors direkt oder indirekt zur Ausführung einer In-Motor-Kraftstoffbeigabe veranlassen. Hierzu kann ggf. zusätzlich eine Vorgabe für die Injektionsart erfolgen, die am Dieselmotor zur Durchführung der In-Motor-Beigabemenge vorzusehen ist. Die Vorgabe für die Injektionsart kann insbesondere Bestandteil der Beigabe-Steueranweisung sein, die von der Steuereinrichtung (23) erzeugt wird.The in-engine addition quantity is in the diesel engine ( 11 ) added. For this, the control unit ( 23 ) the drive device ( 10th ) generates an additional control instruction. The control unit ( 23 ) can use a fuel injector ( 28 ) of the diesel engine directly or indirectly to carry out an in-engine fuel addition. For this purpose, if necessary, a specification for the type of injection can also be made, which is to be provided on the diesel engine for carrying out the in-engine addition quantity. The specification for the type of injection can, in particular, be part of the additional control instruction issued by the control device ( 23 ) is produced.

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 (27) verbrannt, als für eine Leistungsanforderung oder Drehmomentanforderung notwendig ist, sodass eine überschüssige Leistungsabgabe oder Drehmomentabgabe an dem Dieselmotor (11) erfolgt. Die Überschussleistung oder das Überschussdrehmoment (Pex) des Dieselmotors (11) wird gemäß der vorliegenden Offenbarung durch den Elektromotor (12) aufgenommen, indem dieser mittels einer Kompensations-Steueranweisung entsprechend angewiesen wird. Somit bleibt für den Führer des Fahrzeugs das insgesamt abgegebene Drehmoment bzw. die insgesamt abgegebene Leistung in Übereinstimmung zu der Drehmomentanforderung bzw. der Leistungsanforderung.If the amount of in-engine added is at least partially carried out as part of a main injection, more fuel is possibly in the combustion chamber ( 27 ) burned than is necessary for a power request or torque request, so that an excess power output or torque output on the diesel engine ( 11 ) he follows. The excess power or torque ( Pex ) of the diesel engine ( 11 ) according to the present disclosure by the electric motor ( 12th ) recorded by instructing it accordingly by means of a compensation control instruction. For the driver of the vehicle, the total output torque or the total output power thus remains in agreement with the torque request or the output request.

Nachfolgend wird der Begriff überschüssige Motorleistung (Pex) derart verwendet, dass dessen Bedeutung auch ein überschüssiges Drehmoment mit umfasst.In the following, the term excess engine power ( Pex ) used in such a way that its meaning also includes an excess torque.

Die Auswahl des Hochlast-Betriebsmodus (Mode 1) kann gemäß dem in 3 dargestellten Auswahlverfahren erfolgen, welches ein Bestandteil des offenbarungsgemäßen Betriebsverfahrens sein kann.The selection of the high-load operating mode (Mode 1 ) can according to the in 3rd shown selection process take place, which can be part of the disclosed operating method.

In einem ersten Schritt (S10) wird eine Soll-Leistung (P*) ermittelt. Die Soll-Leistung (P*) wird insbesondere auf Basis einer Gaspedalstellung des Fahrzeugs und/oder auf Basis einer Vorgabe von einem Assistenzsystems ermittelt, wobei das Assistenzsystem beispielsweise ein Tempomat oder einer Abstandsfolgeregelung oder ein teil- oder vollautomatisches Fahrzeug-Führungsverfahren sein kann. Der Begriff Soll-Leistung (P*) umfasst dabei in der Bedeutung auch ein Soll-Drehmoment.In a first step ( S10 ) becomes a target performance ( P * ) determined. The target performance ( P * ) is in particular based on an accelerator pedal position of the vehicle and / or on the basis of a specification from one Assistance system determined, the assistance system can be, for example, a cruise control or a distance sequence control or a partially or fully automatic vehicle guidance method. The term target performance ( P * ) also includes a target torque.

In einem Folgeschritt (S11) wird ermittelt, ob eine Temperatur (T_Ex) des Abgases (34) einen oberen Schwellenwert (T2) überschreitet. Wenn dies der Fall ist (Schritt S11: JA), wird die Abgabeleistung oder das Abgabedrehmoment (Pd) des Dieselmotors (11) auf einen festgelegten Dauerbetrieb-Nennwert (Pr) beschränkt.In a subsequent step ( S11 ) it is determined whether a temperature ( T_Ex ) of the exhaust gas ( 34 ) an upper threshold ( T2 ) exceeds. If so (step S11 : YES), the output or the output torque ( Pd ) of the diesel engine ( 11 ) to a fixed continuous operation nominal value ( Pr ) limited.

Die Dauerbetrieb-Nennleistung (Pr) kann in Abhängigkeit von einem Aufbau und etwaig Testwerten an dem Dieselmotor (11) derart festgelegt sein, dass bei einem dauerhaften Betrieb des Dieselmotors mit dieser Abgabeleistung (Pr) die Temperatur (T_Ex) des Abgases ein vorgegebenes Temperaturniveau einhält, bei dem keine Beschädigungen am Abgas-Nachbehandlungssystem (13) zu erwarten sind.The continuous operation nominal power ( Pr ) depending on a structure and any test values on the diesel engine ( 11 ) be set in such a way that if the diesel engine is operated continuously with this output power ( Pr ) the temperature ( T_Ex ) of the exhaust gas maintains a predetermined temperature level at which there is no damage to the exhaust gas aftertreatment system ( 13 ) are to be expected.

Die Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (13) kann insbesondere mindestens eine Turbine (18), insbesondere eine Hochdruck-Turbine aufweisen, die weiterhin bevorzugt stromaufwärts zu dem Katalysator (20) und stromabwärts zu mindestens einer Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17) angeordnet ist.The exhaust gas aftertreatment device ( 13 ) can in particular at least one turbine ( 18th ), in particular have a high-pressure turbine, which further preferably upstream of the catalyst ( 20th ) and downstream to at least one fuel addition device ( 17th ) is arranged.

Thermische Schädigungen treten häufig zuerst an den Turbinenschaufeln einer solchen Hochdruck-Turbine (18) auf, so dass die Temperaturbelastbarkeit der Hochdruck-Turbine (18) als Maß für das zulässige Temperaturniveau des Abgases (34) im Dauerbetrieb herangezogen werden kann.Thermal damage often occurs first on the turbine blades of such a high-pressure turbine ( 18th ) so that the temperature resistance of the high pressure turbine ( 18th ) as a measure of the permissible temperature level of the exhaust gas ( 34 ) can be used in continuous operation.

2 erläutert verschiedene Betriebsbedingungen eines Dieselmotors (11) und die beispielsweise dabei erzeugten Stickoxidmassenströme und Abgastemperaturen. 2nd explains various operating conditions of a diesel engine ( 11 ) and the nitrogen oxide mass flows and exhaust gas temperatures generated, for example.

Grundsätzlich wird von dem Dieselmotor (11) ein Abgas (34) mit einer höheren Temperatur (T_Ex) abgegeben, wenn die in der Brennkammer (27) verbrannte Kraftstoffmenge (Qi) hoch ist und/oder wenn viele Verbrennungszyklen stattfinden, d.h. wenn die Motordrehzahl (NE) hoch ist. Allerdings erfolgt eine Temperaturänderung des Abgases (T_Ex) häufig erst mit zeitlicher Verzögerung zu einer Änderung der Betriebsbedingung des Dieselmotors (11). Eine zu starke Anhebung der Abgastemperatur kann zunächst zu einer Verringerung der Umwandlungseffizienz bzw. zu einer Verschlechterung der Leistung einer chemischen Reduktionsreaktion führen. Eine noch weiter Anhebung der Abgastemperatur kann schließlich zu einer Beschädigung oder dauerhaften Beeinträchtigung der Umwandlungseffizienz führen.Basically, the diesel engine ( 11 ) an exhaust gas ( 34 ) with a higher temperature ( T_Ex ) if the in the combustion chamber ( 27 ) amount of fuel burned ( Qi ) is high and / or if there are many combustion cycles, i.e. if the engine speed ( NE ) is high. However, the temperature of the exhaust gas changes ( T_Ex ) often only with a time delay to a change in the operating condition of the diesel engine ( 11 ). Too much an increase in the exhaust gas temperature can initially lead to a reduction in the conversion efficiency or to a deterioration in the performance of a chemical reduction reaction. A further increase in the exhaust gas temperature can ultimately lead to damage or permanent impairment of the conversion efficiency.

Mit einer Steigerung der in der Brennkammer (27) verbrannten Kraftstoffmenge erfolgt in der Regel eine überproportionale Steigerung der Stickoxiderzeugung, d.h. eine überproportionale Steigerung des NOx-Massenstroms.With an increase in the combustion chamber ( 27 ) The amount of fuel burned usually results in a disproportionate increase in nitrogen oxide production, ie a disproportionate increase in the NOx mass flow.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist vorgesehen, dass besonders hohe Soll-Leistungen (P*) zunächst dadurch abgedeckt werden, dass durch den Elektromotor (12) eine elektrische Antriebsunterstützung erfolgt (vgl. Schritt S31 in 3). Wenn eine solche elektrische Antriebsunterstützung nicht oder nicht mehr möglich ist, beispielsweise weil der elektrische Fahrenergiespeicher (29) erschöpft ist, kann die Soll-Leistung (P*) nur noch durch den Dieselmotor (11) erzeugt werden (Schritt S31: NEIN).Within the scope of the present disclosure, it is provided that particularly high target outputs ( P * ) are initially covered by the fact that the electric motor ( 12th ) there is electrical drive support (see step S31 in 3rd ). If such electrical drive support is not or no longer possible, for example because the electrical driving energy storage ( 29 ) is exhausted, the target output ( P * ) only by the diesel engine ( 11 ) are generated (step S31 : NO).

Wenn dieser Fall eintritt, was beispielsweise bei einer längeren Bergauffahrt des Fahrzeugs geschehen kann, wird der Hochlast-Betriebsmodus (Mode 1) (Schritt S42) ausgeführt. In diesem Fall wird der Dieselmotor derart betrieben, dass er (gemäß der regulären Einspritzregelung) maximal die Abgabeleistung und/oder das Abgabedrehmoment erzeugt, das dem festgelegten Dauerbetrieb-Nennwert (Pr) entspricht. Darüber hinaus werden die Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe und bei Bedarf die In-Motor-Kraftstoffbeigabe ausgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas (34) dem Soll-Wert anzunähern.If this occurs, which can happen, for example, when the vehicle is going uphill for a longer time, the high-load operating mode (mode 1 ) (Step S42 ) executed. In this case, the diesel engine is operated in such a way that it generates (according to the regular injection control) a maximum of the output power and / or the output torque that corresponds to the specified continuous operation nominal value ( Pr ) corresponds. In addition, the after-engine fuel addition and, if necessary, the in-engine fuel addition are carried out to determine the air-fuel ratio in the exhaust gas ( 34 ) to approach the target value.

Durch die zusätzliche Beigabe von Kraftstoff in das Abgas (34) stromaufwärts zu der Turbine (18) wird eine Abgaskühlung erreicht, welche den Temperaturanstieg kompensieren kann, der etwaig durch die In-Motor-Kraftstoffbeigabe erzeugt wird. Andererseits kann der Katalysator (20) infolge des erzielten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nahe dem stöchiometrischen Gleichgewicht sehr effizient die Stickoxide (NOx) durch Reaktion mit dem beigegebenen Kraftstoff umwandeln.The additional addition of fuel to the exhaust gas ( 34 ) upstream to the turbine ( 18th ) exhaust gas cooling is achieved, which can compensate for the temperature rise that is possibly generated by the in-engine fuel addition. On the other hand, the catalyst ( 20th ) convert the nitrogen oxides (NOx) very efficiently by reaction with the added fuel due to the achieved air-fuel ratio close to the stoichiometric equilibrium.

Infolge der Beschränkung der Abgabeleistung des Dieselmotors wird eine Überlastung der Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (13) und insbesondere der Turbine (18) vermieden, selbst wenn der Hochlast-Betrieb (Mode 1) über mehrere Sekunden oder Minuten anhalten sollte.As a result of the limitation of the output power of the diesel engine, an overload of the exhaust gas aftertreatment device ( 13 ) and especially the turbine ( 18th ) avoided, even if the high-load operation (mode 1 ) should last for several seconds or minutes.

Da während des Hochlast-Betriebsmodus die überschüssige Abgabeleistung (Pex) des Dieselmotors (1) über den Elektromotor (12) aufgenommen wird, kann ggf. ein Aufladen des elektrischen Fahrenergiespeichers (29) erfolgen. Since the excess output power ( Pex ) of the diesel engine ( 1 ) via the electric motor ( 12th ) can be charged, if necessary, charging the electrical driving energy storage ( 29 ) respectively.

Wenn in Schritt (S31) festgestellt wird, dass eine elektrische Antriebsunterstützung noch oder wieder möglich ist (Schritt S31: JA), wird der Dieselmotor (11) (sofern die Abgastemperatur (T_Ex) immer noch über dem Schwellenwert (T2) liegt) derart betrieben, dass er eine Leistung oder ein Drehmoment (Pd) gleich oder unterhalb des Dauerbetrieb-Nennwerts (Pr) abgibt. Der Elektromotor (12) wird derart betrieben, dass eine etwaig bestehende Leistungslücke zwischen der vom Dieselmotor (11) abgegebenen Leistung (Pd) und der Soll-Leistung (P*) durch die Abgabeleistung des Elektromotors (12) gedeckt wird. Diese Betriebsart ist in 3 als Schritt (S33) innerhalb eines Hybrid-Betriebsmodus (Mode 2) vorgesehen.If in step ( S31 ) it is determined that electrical drive support is still possible or possible again (step S31 : YES), the diesel engine ( 11 ) (provided the exhaust gas temperature ( T_Ex ) still above the threshold ( T2 ) is operated in such a way that it has a power or a torque ( Pd ) equal to or below the continuous operation nominal value ( Pr ) issues. The electric motor ( 12th ) is operated in such a way that a possible power gap between that of the diesel engine ( 11 ) delivered power ( Pd ) and the target performance ( P * ) by the output power of the electric motor ( 12th ) is covered. This operating mode is in 3rd as a step ( S33 ) within a hybrid operating mode (Mode 2nd ) intended.

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 (11) erforderlich ist, sodass größere Mengen an Stickoxiden erzeugt werden, und in denen andererseits eine elektrische Antriebsunterstützung nicht oder nicht mehr mögliche ist. Hierdurch wird eine kostengünstige Dieselhybridantriebstechnik ermöglicht, welche die strengen Emissionsvorschriften einhält. Ggf. können die Festlegung des Dauerbetrieb-Nennwerts (Pr) einerseits und die Festlegung der Nach-Motor-Kraftstoffbeigabemenge andererseits, d.h. die Maßnahmen, die eine übermäßige Erhöhung der Abgastemperatur (T_Ex) begrenzen oder ausschließen, in Abhängigkeit von den konkreten Systemparametern gegeneinander optimiert werden. Es ist weiterhin möglich, mit einer separaten Steuerung oder Regelung den Dauerbetrieb-Nennwert (Pr) und/oder die Nach-Motor-Kraftstoffbeigabemenge in Abhängigkeit von der Abgastemperatur (T_Ex) zu verändern, um ggf. eine maximale Leistungsabgabe des gesamten Antriebssystems zu ermöglichen.The operating method according to the present disclosure thus ensures that an efficient nitrogen oxide reduction is made possible in operating phases in which a high power output from the diesel engine (even without an expensive addition of urea or ammonia) ( 11 ) is required so that larger amounts of nitrogen oxides are generated, and in which, on the other hand, electrical drive support is not or no longer possible. This enables inexpensive diesel hybrid drive technology that complies with the strict emissions regulations. Possibly. can determine the continuous operation nominal value ( Pr ) on the one hand and the determination of the amount of after-engine fuel added on the other hand, ie the measures to prevent the exhaust gas temperature from T_Ex ) limit or exclude, depending on the specific system parameters are optimized against each other. It is also possible to use a separate control system to regulate the continuous operation nominal value ( Pr ) and / or the amount of after-engine fuel added depending on the exhaust gas temperature ( T_Ex ) to change, if necessary to allow maximum power output of the entire drive system.

Das Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst weiterhin Anweisungen und Maßnahmen, um eine unzureichende Stickoxidumwandlung in Folge einer zu niedrigen Abgastemperatur (T_Ex) zu begrenzen oder auszuschließen. Das Betriebsverfahren kann hierzu insbesondere vorsehen, dass gemäß Schritt S10 zunächst eine Soll-Leistung oder ein Soll-Drehmoment (P*) ermittelt wird. Wenn im Schritt S12 festgestellt wird, dass die Abgastemperatur (T_Ex) einen unteren Schwellenwert (T1) unterschreitet (Schritt S12: JA) können zunächst gemäß Schritt S20 Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um die Abgabeleistung des Dieselmotors (Pd) zu erhöhen und damit die Abgastemperatur (T_Ex) tendenziell anzuheben. Hierdurch kann der Nieder-Temperarturbereich gemieden werden, indem beispielsweise auch eine Emissionsreduktion durch Nutzung eines Stickoxidspeicherkatalysators (LNT) unwirksam ist oder einen unzureichenden Wirkungsgrad aufweist.The operating method according to the present disclosure further includes instructions and measures to prevent insufficient nitrogen oxide conversion due to an exhaust gas temperature that is too low ( T_Ex ) limit or exclude. For this purpose, the operating method can in particular provide that according to step S10 First a target power or a target torque ( P * ) is determined. If in step S12 it is determined that the exhaust gas temperature ( T_Ex ) a lower threshold ( T1 ) falls below (step S12 : YES) can be done according to step S20 Countermeasures are taken to increase the output of the diesel engine ( Pd ) and thus the exhaust gas temperature ( T_Ex ) tend to increase. In this way, the low temperature range can be avoided by, for example, also reducing emissions by using a nitrogen oxide storage catalytic converter ( LNT ) is ineffective or has insufficient efficiency.

Solange also gemäß Schritt S21 eine elektrische Ladung des Fahrenergiespeichers (29) oder eine sonstige Verwertung überschüssiger Leistung des Dieselmotors (Pd), die oberhalb der Soll-Leistung (P*) liegt, möglich ist (Schritt S21: JA), wird der Elektromotor (12) derart betrieben, dass er die Überschuss-Leistung oder das Überschuss-Drehmoment aufnimmt (Schritt S23 in 3).So long as per step S21 an electrical charge of the driving energy storage ( 29 ) or any other utilization of excess power of the diesel engine ( Pd ) above the target power ( P * ) is possible (step S21 : YES), the electric motor ( 12th ) operated in such a way that it absorbs the excess power or the excess torque (step S23 in 3rd ).

Wenn jedoch gemäß Schritt S21 eine elektrische Ladung oder eine sonstige Verwertung der Überschuss-Leistung durch den Elektromotor (12) nicht mehr möglich ist (Schritt S21: NEIN), wird der Dieselmotor (11) deaktiviert, sodass der Elektromotor (12) die vollständige Soll-Leistung oder das vollständige Soll-Drehmoment (P*) erbringt.However, if according to step S21 an electric charge or other utilization of the excess power by the electric motor ( 12th ) is no longer possible (step S21 : NO), the diesel engine ( 11 ) deactivated so that the electric motor ( 12th ) the full target power or the complete target torque ( P * ) he brings.

In dem Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist weiterhin vorgesehen, dass in Betriebszuständen, in denen die Abgastemperatur (T_Ex) zwischen dem unteren Schwellenwert (T1) und dem oberen Schwellenwert (T2) liegt (Schritt S11: NEIN und Schritt S12: NEIN) eine im Grundsatz bekannte Hybrid-Lastverteilung S13 ausgeführt wird. Die Hybrid-Lastverteilung kann im Wesentlichen unabhängig von der Stickoxidumwandlung nach in der Praxis bekannten Optimierungskriterien bestimmen, ob die Soll-Leistung (P*) :

  • - 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.
In the operating method according to the present disclosure, it is further provided that in operating states in which the exhaust gas temperature ( T_Ex ) between the lower threshold ( T1 ) and the upper threshold ( T2 ) lies (step S11 : NO and step S12 : NO) a hybrid load distribution known in principle S13 is performed. The hybrid load distribution can essentially determine whether the target power (independent of the nitrogen oxide conversion according to optimization criteria known in practice) P * ):
  • - 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 S33 innerhalb des allgemeinen Hybrid-Betriebsmodus (MODE 2) nur dann eine Beschränkung der Abgabeleistung (Pd) des Dieselmotors (11) erforderlich ist, wenn die Abgastemperatur (T_Ex) den zweiten Schwellenwert (T2) überschritten hat. Wenn also lediglich für einen kurzen Zeitbereich eine besonders hohe Soll-Leistung (P*) ermittelt wird, aber noch kein übermäßiger Anstieg der Abgastemperatur (T_Ex) festzustellen ist (Schritt S11: NEIN), kann der Dieselmotor in Schritt S33 auch mit einer Abgabeleistung (Pd) betrieben werden, die oberhalb des festgelegten Dauerbetrieb-Nennwerts (Pr) liegt.It should be noted that when executing according to step S33 within the general hybrid operating mode (MODE 2nd ) only a limitation of the output power ( Pd ) of the diesel engine ( 11 ) is required if the exhaust gas temperature ( T_Ex ) the second threshold ( T2 ) has exceeded. So if a particularly high target output (only for a short time range ( P * ) is determined, but no excessive rise in the exhaust gas temperature ( T_Ex ) is to be determined (step S11 : NO), the diesel engine can step S33 also with an output ( Pd ) operated above the specified continuous operation nominal value ( Pr ) lies.

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 (20) kann bevorzugt ein Plasmaerzeuger (22) angeordnet sein. Ein Plasmaerzeuger (22,22') kann ein oder mehrfach angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist ein Plasmaerzeuger (22,22') in der Flussrichtung des Abgases direkt vor, an oder direkt nach einer Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17,17') angeordnet. Durch den Plasmaerzeuger (22) kann die Stickoxidumwandlung im Katalysator (20) in Zusammenwirken mit dem beigegebenen Kraftstoff erheblich begünstigt werden, sodass sie schneller und/oder bei einem größeren Wirkungsgrad erfolgt. Die Nutzung eines Plasmaerzeuger (22) kann sowohl im Hochlast-Betrieb erfolgen als auch in einem Regenerationsbetrieb für den Katalysator (20), der beispielsweise eine Kraftstoff-Beigabe außerhalb des Hochlast-Betriebs vorsehen kann.Upstream to the catalyst ( 20th ) can preferably be a plasma generator ( 22 ) be arranged. A plasma generator ( 22 , 22 ' ) can be arranged one or more times. A plasma generator is particularly preferred ( 22 , 22 ' ) in the flow direction of the exhaust gas directly before, on or immediately after a fuel addition device ( 17th , 17 ' ) arranged. By the plasma generator ( 22 ) the nitrogen oxide conversion in the catalyst ( 20th ) are significantly favored in cooperation with the added fuel, so that it takes place faster and / or with greater efficiency. The use of a plasma generator ( 22 ) can take place both in high-load operation and in a regeneration operation for the catalyst ( 20th ), which can, for example, provide a fuel addition outside of high-load operation.

Um die Erzeugung von Stickoxiden im Verbrennungsprozess zu optimieren, kann die Antriebsvorrichtung (10) bevorzugt eine Abgasrückführungsvorrichtung (30) aufweisen, die Abgas (34) von der Abgaspassage (14) zu einer Ansaugpassage (24) des Dieselmotors (11) zurückführt. Die Abgasrückführungsvorrichtung (30) kann insbesondere ausschließlich als Niederdruck-Abgasrückführung ausgebildet sein, d.h. sie kann insbesondere ausschließlich ein Abgas (34) zurückführen, das der Abgaspassage (14) an einer Stelle stromabwärts zu dem Katalysator (20) entnommen wird. Gegebenenfalls können an der Abgaspassage (14) weitere Komponenten angeordnet sein, die eine Kraftstoff-Oxidation bewirken, beispielsweise ein sogenannter Dieseloxidationskatalysator (Doc). In 1 ist beispielhafte eine zusätzliche Kraftstoff-Oxidationsvorrichtung (21) dargestellt, die sich stromabwärts zu dem Katalysator (20) und stromaufwärts zu dem Verbindungspunkt mit der Abgasrückführungsvorrichtung (30) befindet. Es wird somit ausschließlich ein Abgas (34) von einer Stelle der Abgaspassage (14) zurückgeführt, an der der Gehalt an freien Kohlenwasserstoffen im Abgas (34), die aus der In-Motor-Beigabemenge und/oder der Nach-Motor-Beigabemenge resultieren, reduziert oder eliminiert ist. Demensprechend wird durch die Abgasrückführung (30) keine oder eine vernachlässigbar geringe Menge an brennbaren Substanzen zur Ansaugpassage (24) geführt und es ist demzufolge keine Kompensation der Einspritzmenge (Qi) am Dieselmotor (11) zur Kompensation erforderlich.In order to optimize the generation of nitrogen oxides in the combustion process, the drive device ( 10th ) preferably an exhaust gas recirculation device ( 30th ) which have exhaust gas ( 34 ) from the exhaust passage ( 14 ) to an intake passage ( 24th ) of the diesel engine ( 11 ) leads back. The exhaust gas recirculation device ( 30th ) can in particular be designed exclusively as a low-pressure exhaust gas recirculation, ie it can in particular exclusively be an exhaust gas ( 34 ) that the exhaust passage ( 14 ) at a location downstream of the catalyst ( 20th ) is removed. If necessary, at the exhaust gas passage ( 14 ) further components can be arranged which cause fuel oxidation, for example a so-called diesel oxidation catalyst (Doc). In 1 is an example of an additional fuel oxidation device ( 21 shown downstream of the catalyst ( 20th ) and upstream to the connection point with the exhaust gas recirculation device ( 30th ) is located. Only exhaust gas ( 34 ) from one point of the exhaust gas passage ( 14 ) at which the content of free hydrocarbons in the exhaust gas ( 34 ), which result from the in-engine addition amount and / or the post-engine addition amount, is reduced or eliminated. Accordingly, the exhaust gas recirculation ( 30th ) no or a negligible amount of flammable substances for the intake passage ( 24th ) and therefore there is no compensation for the injection quantity ( Qi ) on the diesel engine ( 11 ) required for compensation.

An oder in der Abgasrückführungsvorrichtung (30) kann ggf. eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein Abgaskühler (31) vorgesehen sein. Die Abgasrückführungsvorrichtung (30) weist weiter bevorzugt ein Steuerventil (32) auf, durch das eine Zusammensetzung der Ansaugluft einerseits aus rückgeführtem Abgas und andererseits aus Frischluft (33), die über einen Ansaugbereich (25) zugeführt wird, einstellbar ist.On or in the exhaust gas recirculation device ( 30th ) a cooling device, in particular an exhaust gas cooler ( 31 ) be provided. The exhaust gas recirculation device ( 30th ) more preferably has a control valve ( 32 ) through which a composition of the intake air on the one hand from recirculated exhaust gas and on the other hand from fresh air ( 33 ) that have a suction area ( 25th ) is fed, is adjustable.

In einer Ansaugpassage (24) des Dieselmotors (11) ist bevorzugt zwischen dem Anschlusspunkt der Abgasrückführungsvorrichtung (30) und einem Motoreinlass (26) ein Kompressor (19) vorgesehen. Der Kompressor (19) wird bevorzugt durch die Turbine (18) direkt oder indirekt angetrieben.In an intake passage ( 24th ) of the diesel engine ( 11 ) is preferably between the connection point of the exhaust gas recirculation device ( 30th ) and an engine inlet ( 26 ) a compressor ( 19th ) intended. The compressor ( 19th ) is preferred by the turbine ( 18th ) driven directly or indirectly.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann als Kraftstoff ein rußarm oder rußfrei verbrennender synthetischer Dieselkraftstoff verwendet werden. Insbesondere im Hochlast-Betrieb (MODE 3) kann hierdurch der Dieselmotor (11) mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, das deutlich niedriger liegt als bei konventionellen Dieselkraftstoffen, insbesondere in einem Bereich zwischen 1,05 und 1,15. Wenn als Kraftstoff Dimethylether verwendet wird, kann beispielsweise ein Luft-Kraftstoffverhältnis von 1.05 erzielt werden. Wenn als Kraftstoff Oxymethylenether verwendet wird, sind noch niedrigere Werte für das Luft-Kraftstoff-Gemisch möglich. Doch auch durch das sogenannte GtL-Verfahren (Gas-to-Liquid) sind Dieselkraftstoffe herstellbar, die zumindest eine rauchfreie oder rußfreie Verbrennung bei einem Luft-Kraftstoffverhältnis von etwa 1,25 ermöglichen. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann einer der vorgenannten Kraftstoffe, eine Kombination der vorgenannten Kraftstoffe oder ein üblicher Dieselkraftstoff verwendet werden, der mit mindestens einem der vorgenannten Kraftstoffe gemischt ist. Alternativ oder zusätzlich können andere geeignete synthetische Dieselkraftstoffe in Alleinstellung oder in Kombination mit einem der vorgenannten Kraftstoffe verwendet werden.According to a further aspect of the present invention, a low-carbon or non-carbon-burning synthetic diesel fuel can be used as the fuel. Especially in high-load operation (MODE 3rd ) the diesel engine ( 11 ) are operated with an air-fuel ratio that is significantly lower than that of conventional diesel fuels, especially in a range between 1.05 and 1.15. If dimethyl ether is used as fuel, for example, an air-fuel ratio of 1.05 be achieved. If oxymethylene ether is used as fuel, even lower values for the air / fuel mixture are possible. However, the so-called GtL (gas-to-liquid) process can also be used to produce diesel fuels that enable at least smoke-free or soot-free combustion with an air-fuel ratio of around 1.25. In the context of the present disclosure, one of the aforementioned fuels, a combination of the aforementioned fuels or a conventional diesel fuel that is mixed with at least one of the aforementioned fuels can be used. Alternatively or additionally, other suitable synthetic diesel fuels can be used alone or in combination with one of the aforementioned fuels.

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 (10) umfasst bevorzugt mindestens einen Stickoxid-Sensor (NOx-Sensor 36) im Bereich der Abgaspassage, insbesondere kurz oder direkt vor dem Auspuff (16). Alternativ oder zusätzlich kann ein weiterer Stickoxid-Sensor stromabwärts zu dem Motorauslass (15) angeordnet sein. Auf Basis eines ermittelten Stickoxid-Gehalts im Abgas (34) an zumindest einer Stelle innerhalb des Abgaspassage (14), insbesondere stromabwärts zum Motorauslass (15) und stromaufwärts zum Auspuff (16) kann bevorzugt eine NOx-Umwandlungseffizienz ermittelt werden. Die in 3 in Schritten S11 und S12 angegebenen Prüfungen können alternativ oder zusätzlich zu einem Vergleich der Abgastemperatur T_Ex gegenüber dem ersten und zweiten Temperatur-Schwellenwert (T1, T2) einen Vergleich der tatsächlichen Umwandlungs-Effizienz mit einem Soll-Wert vorsehen. Eine Auswahl der Schritte S30 und/oder S20 kann zusätzlich davon abhängig sein, dass die tatsächliche NOx-Umwandlungs-Effizienz eine Soll-Effizienz unterschreitet.The drive device ( 10th ) preferably comprises at least one nitrogen oxide sensor (NOx sensor 36 ) in the area of the exhaust passage, especially shortly or directly in front of the exhaust ( 16 ). Alternatively or additionally, a further nitrogen oxide sensor can be located downstream of the engine outlet ( 15 ) be arranged. Based on a determined nitrogen oxide content in the exhaust gas ( 34 ) at least at one point within the exhaust passage ( 14 ), especially downstream of the engine outlet ( 15 ) and upstream to the exhaust ( 16 ) a NOx conversion efficiency can preferably be determined. In the 3rd in steps S11 and S12 specified tests can alternatively or additionally to a comparison of the exhaust gas temperature T_Ex versus the first and second temperature thresholds ( T1 , T2 ) provide a comparison of the actual conversion efficiency with a target value. A selection of the steps S30 and or S20 may additionally depend on the actual NOx conversion efficiency falling below a target efficiency.

BezugszeichenlisteReference list

1010th Antriebsvorrichtung / Diesel-Hybrid-AntriebDrive device / diesel hybrid drive Propulsion device / Diesel-Hybrid drivePropulsion device / diesel hybrid drive 1111 DieselmotorDiesel engine Diesel engineDiesel engine 1212th Hybridantrieb / ElektromotorHybrid drive / electric motor Hybrid drive / electric motorHybrid drive / electric motor 1313 Abgas-NachbehandlungsvorrichtungExhaust aftertreatment device Exhaust gas after treatment deviceExhaust gas after treatment device 1414 AbgaspassageExhaust passage Exhaust gas passageExhaust gas passage 1515 MotorauslassEngine outlet Engine outletEngine outlet 1616 AuspuffExhaust Tail pipeTail pipe 17/17'17/17 ' Kraftstoff-Beigabevorrichtung / Kraftstoff-InjektorFuel adding device / fuel injector Fuel addition device / fuel injectorFuel addition device / fuel injector 1818th Turbineturbine Turbineturbine 1919th Kompressorcompressor CompressorCompressor 2020th Katalysator / Drei-Wege-Katalysator / LNTCatalytic converter / three-way catalytic converter / LNT Catalyst / three-way catalyst / LNTCatalyst / three-way catalyst / LNT 2121 Oxidationskatalysator und/oder FilterOxidation catalyst and / or filter Oxidation catalyst and/or filterOxidation catalyst and / or filter 22/22'22/22 ' PlasmaerzeugerPlasma generator Plasma generatorPlasma generator 2323 SteuereinrichtungControl device Control deviceControl device 2424th AnsaugpassageIntake passage Intake passageIntake passage 2525th AnsaugbereichSuction area Intake sectionIntake section 2626 MotoreinlassEngine intake Engine inletEngine inlet 2727 BrennkammerCombustion chamber Combustion chamberCombustion chamber 2828 KraftstoffinjektorFuel injector Fuel inectorFuel inector 2929 Akkumulator / Elektrischer FahrenergiespeicherAccumulator / electrical driving energy storage Accumulator / electric propulsion energy storageAccumulator / electric propulsion energy storage 3030th AbgasrückführungExhaust gas recirculation Exhaust gas recirculationExhaust gas recirculation 3131 AbgaskühlerExhaust gas cooler Exhaust gas coolerExhaust gas cooler 3232 SteuerventilControl valve Control valveControl valve 3333 FrischluftFresh air Fresh airFresh air 3434 AbgasExhaust gas Exhaust gasExhaust gas 3535 Lambda-SensorLambda sensor Lambda sensorLambda sensor 3636 NOx-SensorNOx sensor NOx-SensorNOx sensor P*P * Soll-Leistung / Soll-DrehmomentTarget power / target torque Target-Power / Target-TorqueTarget power / target torque PdPd Abgabeleistung DieselmotorPower output diesel engine Output power of diesel engineOutput power of diesel engine PelPel Leistung des Elektromotors (Aufnahme o. Abgabe)Power of the electric motor (intake or delivery) Power of electric motor (intake or output power)Power of electric motor (intake or output power) PrPr Nennwert / Nennleistung für Dauerbetrieb des DieselmotorsNominal value / nominal power for continuous operation of the diesel engine Rated-power for permanent operation of Diesel engineRated power for permanent operation of Diesel engine T_ExT_Ex Abgas-TemperaturExhaust gas temperature Exhaust gas temperatureExhaust gas temperature T1T1 Erster Temperatur-SchwellenwertFirst temperature threshold First temperature thresholdFirst temperature threshold T2T2 Zweiter Temperatur-SchwellenwertSecond temperature threshold Second temperature thresholdSecond temperature threshold QiQi Einspritzmenge an Kraftstoff / Verbrannte KraftstoffmengeFuel injection quantity / fuel quantity burned Fuel injection quantity / burned fuel quantityFuel injection quantity / burned fuel quantity NENE Drehzahlrotational speed Rotational speedRotational speed

Claims (11)

Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor (11) und einem Elektromotor (12), wobei die Antriebsvorrichtung (10) umfasst: - eine Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (13), zur Behandlung des Abgases (34) des Dieselmotors (11), wobei die Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (13) eine Abgaspassage (14) aufweist, an der in Flussrichtung des Abgases (34) angeordnet sind: ◯ Eine steuerbare Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17), um dem Abgas (34) in der Abgaspassage (14) Kraftstoff beizugeben; ◯ Einen Katalysator (20) zur Entfernung von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas (34) durch Reaktion mit dem beigegebenen Kraftstoff; - Eine Steuereinrichtung (23) zur Steuerung der Kraftstoff-Beigabe; dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung (23) dazu ausgebildet ist, - im Hochlast-Betrieb (MODE 1) der Antriebsvorrichtung (10) die Kraftstoff-Beigabevorrichtung (17) derart zu steuern, dass durch eine Kraftstoff-Beigabe in das Abgas (34) (Nach-Motor-Beigabemenge) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) im Bereich des Katalysators (20) einem Soll-Wert angenähert wird, der nahe dem stöchiometrischen Gleichgewicht liegt; UND - eine Bedarfsmenge für eine Kraftstoff-Beigabe im Dieselmotor (11) (In-Motor-Beigabemenge) zu ermitteln, die zusätzlich zu der Nach-Motor-Beigabemenge erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) im Bereich des Katalysators (20) dem Soll-Wert anzunähern; UND - eine Beigabe-Steueranweisung für den Dieselmotor (11) zu erzeugen, damit im Hochlast-Betrieb (MODE 1) der Antriebsvorrichtung (10) die In-Motor-Beigabemenge an Kraftstoff beigegeben wird; - eine Kompensations-Steueranweisung für den Elektromotor (12) zu erzeugen, damit eine überschüssige Leistung (Pex) des Dieselmotors (11), die aus der In-Motor-Beigabemenge resultiert, durch den Elektromotor (34) aufgenommen wird. Drive device for a vehicle with a diesel engine (11) and an electric motor (12), the drive device (10) comprising: - an exhaust gas aftertreatment device (13), for treating the exhaust gas (34) of the diesel engine (11), the exhaust gas - Aftertreatment device (13) has an exhaust gas passage (14), on which are arranged in the flow direction of the exhaust gas (34): ◯ A controllable fuel addition device (17) to add fuel to the exhaust gas (34) in the exhaust gas passage (14); ◯ a catalyst (20) for removing nitrogen oxides (NOx) from the exhaust gas (34) by reaction with the added fuel; - A control device (23) for controlling the fuel addition; characterized in that the control device (23) is designed to control the fuel addition device (17) in high-load operation (MODE 1) of the drive device (10) in such a way that by adding fuel to the exhaust gas (34) (After-engine addition quantity) the air-fuel ratio of the exhaust gas (34) in the region of the catalytic converter (20) is approximated to a target value which is close to the stoichiometric equilibrium; AND - to determine a required amount for a fuel addition in the diesel engine (11) (in-engine addition amount) that is required in addition to the after-engine addition amount to the air-fuel ratio of the exhaust gas (34) in the range of the catalytic converter (20) to approach the target value; AND - to generate an add-on control instruction for the diesel engine (11) so that the in-engine add-on amount of fuel is added to the drive device (10) in high-load operation (MODE 1); - To generate a compensation control instruction for the electric motor (12) so that an excess power (Pex) of the diesel engine (11), which results from the in-engine addition quantity, is absorbed by the electric motor (34). Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Katalysator (20) ein Dreiwegekatalysator oder ein NOx Speicherkatalysator ist.Drive device after Claim 1 , wherein the catalyst (20) is a three-way catalyst or a NOx storage catalyst. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei stromaufwärts zum Katalysator (20) ein Plasmaerzeuger (22) angeordnet ist.Drive device according to one of the Claims 1 or 2nd , A plasma generator (22) being arranged upstream of the catalytic converter (20). Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (23) dazu ausgebildet, die Beigabe-Steueranweisung derart zu erzeugen, dass diese eine Vorgabe für die Injektionsart umfasst, sodass die In-Motor-Beigabemenge - vollständig im Rahmen einer Haupt-Injektion beigegeben wird, ODER - anteilig im Rahmen einer Haupt-Injektion und anteilig im Rahmen einer Post-Injektion beigegeben wird.Drive device according to one of the preceding claims, wherein the control device (23) is configured to generate the addition control instruction in such a way that it includes a specification for the type of injection, so that the in-engine addition quantity - is added entirely as part of a main injection, OR - Proportionally as part of a main injection and proportionally as part of a post-injection. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung (10) eine Abgasrückführungsvorrichtung (30) aufweist, die Abgas (34) von der Abgaspassage (14) zu einer Ansaugpassage (24) des Dieselmotors (11) zurückführt, und wobei die Abgasrückführungsvorrichtung (30) insbesondere ausschließlich ein Abgas (34) zurückführt, das der Abgaspassage (14) an einer Stelle stromabwärts zu dem Katalysator (20) oder weiter stromabwärts nach einer Kraftstoff-Oxidationsvorrichtung (21) entnommen wird, sodass der Gehalt an freien Kohlenwasserstoffen, die aus der In-Motor-Beigabemenge und/oder der Nach-Motor-Beigabemenge resultieren, im rückgeführten Abgas reduziert oder eliminiert ist.Drive device according to one of the preceding claims, wherein the drive device (10) has an exhaust gas recirculation device (30), the exhaust gas (34) from the exhaust gas passage (14) to a Intakes passage (24) of the diesel engine (11), and wherein the exhaust gas recirculation device (30) in particular only returns an exhaust gas (34) that the exhaust gas passage (14) at a point downstream to the catalyst (20) or further downstream after a fuel Oxidation device (21) is removed so that the content of free hydrocarbons, which result from the in-engine addition amount and / or the post-engine addition amount, is reduced or eliminated in the recirculated exhaust gas. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftstoff ein rußarm oder rußfrei verbrennender synthetischer Dieselkraftstoff ist, und wobei insbesondere im Hochlast-Betrieb (MODE 1) der Dieselmotor (11) mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen 1.05 und 1.15 betrieben wird.Drive device according to one of the preceding claims, wherein the fuel is a soot-free or soot-free synthetic diesel fuel, and in particular in high-load operation (MODE 1) the diesel engine (11) is operated with an air-fuel ratio between 1.05 and 1.15. Betriebsverfahren für eine Antriebsvorrichtung (10) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei das Betriebsverfahren einen Hochlast-Betriebsmodus (MODE 1) umfasst, in welchem die folgenden Schritte ausgeführt werden: - Beigeben von Kraftstoff in das Abgas (34) stromabwärts des Dieselmotors (11) und stromaufwärts zum Katalysator (20) (Nach-Motor-Kraftstoffbeigabe), um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) im Bereich des Katalysators (20) einem Soll-Wert anzunähern, der nahe dem stöchiometrischen Gleichgewicht liegt; - Ermitteln einer Bedarfsmenge für eine Kraftstoff-Beigabe im Dieselmotor (11) (In-Motor-Beigabemenge), die zusätzlich zu der Nach-Motor-Beigabemenge erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (34) im Bereich des Katalysators (20) dem Soll-Wert anzunähern; - Beigeben der In-Motor-Beigabemenge im Dieselmotor (11) unter etwaiger Erzeugung überschüssiger Motorleistung (Pex); - Aufnehmen der überschüssigen Motorleistung (Pex) des Dieselmotors (12) am Elektromotor (13) .Operating method for a drive device (10) according to the preamble of Claim 1 , wherein the operating method comprises a high-load operating mode (MODE 1), in which the following steps are carried out: adding fuel to the exhaust gas (34) downstream of the diesel engine (11) and upstream to the catalytic converter (20) (after-engine) Fuel addition) in order to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas (34) in the region of the catalytic converter (20) closer to a target value which is close to the stoichiometric equilibrium; - Determining a required amount for a fuel addition in the diesel engine (11) (in-engine addition amount), which is required in addition to the after-engine addition amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas (34) in the region of the catalyst (20) to approach the target value; - adding the in-engine addition quantity in the diesel engine (11) with any generation of excess engine power (Pex); - Recording the excess engine power (Pex) of the diesel engine (12) on the electric motor (13). Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Betriebsverfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: - Ermitteln einer Soll-Leistung oder eines Soll-Drehmoments (P*); - Wenn die Abgastemperatur (T_Ex) einen oberen Schwellenwert (T2) überschreitet: Beschränkung der Abgabeleistung oder des Abgabedrehmoments (Pd) des Dieselmotors (11) auf einen festgelegten Dauerbetrieb-Nennwert (Pr); UND - Wenn keine elektrische Antriebsunterstützung möglich ist, Ausführen des Hochlast-Betriebsmodus (MODE 1).Operating method according to the preceding claim, wherein the operating method further comprises the following steps: - Determining a target power or a target torque (P *); - If the exhaust gas temperature (T_Ex) exceeds an upper threshold value (T2): limitation of the output power or the output torque (Pd) of the diesel engine (11) to a fixed continuous operation nominal value (Pr); AND - If no electrical drive support is possible, execute the high-load operating mode (MODE 1). Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, weiterhin umfassend: - Wenn elektrische Antriebsunterstützung möglich ist: Betreiben des Dieselmotors (11), sodass er eine Leistung oder ein Drehmoment (Pd) gleich oder unterhalb des Dauerbetrieb-Nennwerts (Pr) abgibt; UND wenn die abgegebene Leistung oder das abgegebene Drehmoment (Pd) unter der Soll-Leistung oder unter dem Soll-Drehmoment (P*) liegt: Betreiben des Elektromotors (12) zur Deckung der Leistungslücke oder der Drehmomentlücke (P*-Pd).Operating method according to one of the Claims 7 or 8th , further comprising: - If electric drive assistance is possible: operating the diesel engine (11) so that it delivers a power or a torque (Pd) equal to or below the continuous operation nominal value (Pr); AND if the output power or the output torque (Pd) is below the target output or below the target torque (P *): operating the electric motor (12) to cover the power gap or the torque gap (P * -Pd). Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Betriebsverfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: - Ermitteln einer Soll-Leistung oder eines Soll-Drehmoments (P*); - Wenn die Abgastemperatur (T_Ex) einen unteren Schwellenwert (T1) unterschreitet und keine elektrische Ladung möglich ist: Deaktivieren des Dieselmotors (11), sodass der Elektromotor (12) die vollständige Soll-Leistung oder das vollständige Soll-Drehmoment (P*) erbringt.Operating method according to one of the Claims 7 to 9 , wherein the operating method further comprises the following steps: - determining a target power or a target torque (P *); - If the exhaust gas temperature (T_Ex) falls below a lower threshold value (T1) and electrical charging is not possible: Deactivate the diesel engine (11) so that the electric motor (12) provides the full set power or the full set torque (P *) . Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Betriebsverfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: - Ermitteln einer Soll-Leistung oder eines Soll-Drehmoments (P*); - Wenn die Abgastemperatur (T_Ex) einen unteren Schwellenwert (T1) unterschreitet und eine elektrische Ladung möglich ist: Betreiben des Dieselmotors (11), sodass er eine Leistung oder ein Drehmoment (Pd) oberhalb der Soll-Leistung oder oberhalb des Soll-Drehmoments (P*) abgibt und Aufnehmen der Überschuss-Leistung oder des Überschuss-Drehmoments am Elektromotor (12).Operating method according to one of the Claims 7 to 10th , wherein the operating method further comprises the following steps: - determining a target power or a target torque (P *); - If the exhaust gas temperature (T_Ex) falls below a lower threshold value (T1) and an electrical charge is possible: operate the diesel engine (11) so that it produces a power or a torque (Pd) above the target power or above the target torque ( P *) emits and recording the excess power or the torque on the electric motor (12).
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