DE102019124788A1

DE102019124788A1 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102019124788A1
Application number: DE102019124788.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Vogt; Stefan Appel; Christopher Hohm
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung (1) ein Abgas erzeugendes erstes Antriebsaggregat (2) und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) zur Nachbehandlung des Abgases sowie ein als elektrische Traktionsmaschine ausgebildetes zweites Antriebsaggregat (3) und einen Energiespeicher (5) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das zweite Antriebsaggregat (3) aufweist, wobei eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) während eines Betriebs der Antriebseinrichtung (1) derart eingestellt wird, dass sie mindestens einer Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) entspricht. Dabei ist vorgesehen, dass das zweite Antriebsaggregat (3) zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird und zumindest ein Teil der bei dem generatorischen Betrieb mittels des zweiten Antriebsaggregats (3) erzeugten elektrischen Energie zum Aufheizen eines thermischen Speichers (11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) mittels einer elektrischen Heizeinrichtung (8) verwendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung ein Abgas erzeugendes erstes Antriebsaggregat und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie ein als elektrische Traktionsmaschine ausgebildetes zweites Antriebsaggregat und einen Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das zweite Antriebsaggregat aufweist, wobei eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung während eines Betriebs der Antriebseinrichtung derart eingestellt wird, dass sie mindestens einer Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung entspricht. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2017 106 766 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Abgassystem, aufweisend: Einen NO_x-Speicherkatalysator, ein elektrisches Heizsystem und einen NO_x-Reduktionskatalysator, wobei sich das Heizelement stromab des NO_x-Speicherkatalysators befindet. Weiterhin beschreibt die Druckschrift US 9,469,293 B2 ein Hybridfahrzeug, bei welchem durch regeneratives Bremsen erzeugte regenerative elektrische Energie einer Heizeinrichtung eines Katalysators zugeführt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine Reduzierung eines Kohlenstoffdioxidausstoßes der Antriebseinrichtung erzielt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das zweite Antriebsaggregat zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird und zumindest ein Teil der bei dem generatorischen Betrieb mittels des zweiten Antriebsaggregats erzeugten elektrischen Energie zum Aufheizen eines thermischen Speichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels einer elektrischen Heizeinrichtung verwendet wird.
Die Antriebseinrichtung dient zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also zum Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments verfügt die Antriebseinrichtung über das erste Antriebsaggregat und das zweite Antriebsaggregat. Die Antriebseinrichtung ist dazu vorgesehen und ausgebildet, das Antriebsdrehmoment zumindest zeitweise sowohl mittels des ersten Antriebsaggregats als auch des zweiten Antriebsaggregats bereitzustellen. Das Antriebsdrehmoment wird insoweit zumindest zeitweise von dem ersten Antriebsaggregat und dem zweiten Antriebsaggregat gemeinsam erzeugt.
Das erste Antriebsaggregat liegt als Abgas erzeugendes Antriebsaggregat vor. Das bedeutet, dass während eines Betriebs des ersten Antriebsaggregats Abgas anfällt, welches nachfolgend abgeführt wird, nämlich in Richtung einer Außenumgebung des Kraftfahrzeugs. Um zumindest teilweise in dem Abgas enthaltene Schadstoffe aus diesem zu entfernen und in ungefährlichere Produkte umzuwandeln, verfügt die Antriebseinrichtung über die Abgasnachbehandlungseinrichtung. Dieser wird das von dem ersten Antriebsaggregat erzeugte Abgas, insbesondere das gesamte von dem ersten Antriebsaggregat erzeugte Abgas, zugeführt.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt beispielsweise in Form eines Fahrzeugkatalysators vor oder weist einen solchen zumindest auf. Letzteres bedeutet insbesondere, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung auch als Partikelfilter ausgestaltet sein kann, in welchen ein Fahrzeugkatalysator integriert ist, beispielsweise durch ein Aufbringen einer katalytischen Beschichtung auf einen Filterkörper des Partikelfilters. Das erste Antriebsaggregat liegt bevorzugt als Brennkraftmaschine, beispielsweise als Ottobrennkraftmaschine oder als Dieselbrennkraftmaschine, vor.
Zusätzlich zu dem ersten Antriebsaggregat weist die Antriebseinrichtung das zweite Antriebsaggregat auf. Dieses ist als elektrische Traktionsmaschine ausgestaltet. Hierunter ist zu verstehen, dass das zweite Antriebsaggregat als elektrische Maschine vorliegt, welche ausdrücklich dazu vorgesehen und ausgebildet ist, zumindest zeitweise das Antriebsdrehmoment oder zumindest einen Teil des Antriebsdrehmoments bereitzustellen. Die Antriebseinrichtung liegt insoweit als Hybridantriebseinrichtung vor. Die elektrische Traktionsmaschine wird mit elektrischer Energie betrieben, welche beispielsweise dem Energiespeicher entnommen wird. Der Energiespeicher dient insoweit zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie und zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das zweite Antriebsaggregat.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist eine von ihrer Temperatur abhängige Umwandlungseffizienz auf. Das bedeutet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe umso effizienter und effektiver in die ungefährlicheren Produkte umwandelt, je näher ihre Temperatur an der Betriebstemperatur liegt, also je kleiner der Absolutwert einer Temperaturdifferenz zwischen der Betriebstemperatur und der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist. Die Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt üblicherweise deutlich höher als eine Umgebungstemperatur der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beträgt sie mindestens 250 °C, mindestens 400 °C, mindestens 550 °C oder mindestens 700 °C.
Während des Betriebs der Antriebseinrichtung wird die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest zeitweise derart eingestellt, dass sie mindestens der Betriebstemperatur entspricht. Dieses Einstellen kann beispielsweise durch ein Anpassen der Temperatur des Abgases erfolgen, welches der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest zeitweise zugeführt wird. Das Anpassen der Temperatur des Abgases erfolgt durch entsprechendes Einstellen des ersten Antriebsaggregats. Vorzugsweise wird die Temperatur auf die Betriebstemperatur geregelt, also bei einer Abweichung von dieser in Richtung der Betriebstemperatur verändert, insbesondere durch das Einstellen des ersten Antriebsaggregats. Aufgrund der Ausgestaltung der Antriebseinrichtung als Hybridantriebseinrichtung kann es jedoch vorkommen, dass das erste Antriebsaggregat deaktiviert ist, insbesondere falls das Antriebsdrehmoment derzeit allein mittels des zweiten Antriebsaggregats bereitgestellt wird. Entsprechend erzeugt das erste Antriebsaggregat kein Abgas, welches zum Anpassen der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung herangezogen werden könnte.
Aus diesem Grund verfügt die Abgasnachbehandlungseinrichtung über die elektrische Heizeinrichtung, welche zumindest zeitweise zum Einstellen der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet wird. Zum Erhöhen der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird der elektrischen Heizeinrichtung elektrische Energie zugeführt, welche beispielsweise aus dem Energiespeicher entnommen wird. Bevorzugt wird die elektrische Heizeinrichtung derart betrieben, dass die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung permanent in Richtung der Betriebstemperatur angepasst wird, sofern sie kleiner ist als diese. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die elektrische Heizeinrichtung lediglich dann zu betreiben, wenn das erste Antriebsaggregat deaktiviert ist, also der Abgasnachbehandlungseinrichtung kein Abgas zugeführt wird.
Um das Einstellen der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung möglichst energieeffizient vorzunehmen, ist es nun vorgesehen, das zweite Antriebsaggregat zumindest zeitweise generatorisch zu betreiben. Zumindest ein Teil der bei diesem generatorischen Betreiben mittels des zweiten Antriebsaggregats erzeugten elektrischen Energie wird zum Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung und damit zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung herangezogen.
Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die elektrische Heizeinrichtung lediglich mittelbar über den Energiespeicher an das zweite Antriebsaggregat elektrisch angeschlossen ist. Das bedeutet, dass bei dem generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregats die von diesem erzeugte elektrische Energie zunächst dem Energiespeicher zugeführt und anschließend zum Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung herangezogen wird.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung der Antriebseinrichtung, bei welcher die elektrische Heizeinrichtung unmittelbar, also unter Umgehung des Energiespeichers, elektrisch an das zweite Antriebsaggregat angeschlossen ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung werden durch den Energiespeicher verursachte Verluste bei dem Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung vermieden.
Um die zur Verfügung stehende elektrische Energie besonders effizient und effektiv zu nutzen, verfügt die Abgasnachbehandlungseinrichtung über den thermischen Speicher. Unter dem thermischen Speicher ist ein zusätzlicher Speicher zu verstehen, welcher nicht etwa normalerweise vorhandenen Elementen der Abgasnachbehandlungseinrichtung, beispielsweise einem Filterkörper und/oder einem Gehäuse der Abgasnachbehandlungseinrichtung, entspricht. Vielmehr ist der thermische Speicher zusätzlich zu diesen Elementen vorhanden und dient dazu, die der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels der elektrischen Heizeinrichtung zugeführte thermische Energie zwischenzuspeichern.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung zum unmittelbaren Aufheizen des thermischen Speichers vorgesehen und ausgebildet ist. Die Heizeinrichtung steht in diesem Fall nicht lediglich über beispielsweise den Filterkörper der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder dem Gehäuse mit dem thermischen Speicher in thermischer Verbindung. Vielmehr ist es vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung unmittelbar auf den thermischen Speicher wirkt, insbesondere derart, dass bei einem Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung die weiteren Elemente der Abgasnachbehandlungseinrichtung lediglich oder zumindest größtenteils über den thermischen Speicher aufgeheizt werden. Dies gilt insbesondere für den Filterkörper und/oder das Gehäuse der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung mehrere Teilheizeinrichtungen aufweist, wobei eine erste der Teilheizeinrichtungen dem Filterkörper und/oder dem Gehäuse und eine zweite der Teilheizeinrichtungen dem thermischen Speicher zugeordnet ist. Die erste Teilheizeinrichtung dient insoweit dem unmittelbaren Aufheizen des Filterkörpers und/oder des Gehäuses, insbesondere unter Umgehung des thermischen Speichers, und die zweite Teilheizeinrichtung dem Aufheizen des thermischen Speichers, insbesondere unter Umgehung des Filterkörpers und/oder des Gehäuses. Mithilfe der Teilheizeinrichtungen kann insoweit gezielt der Filterkörper beziehungsweise das Gehäuse einerseits und der thermische Speicher andererseits beheizt werden. Insoweit im Rahmen dieser Beschreibung von dem Aufheizen des thermischen Speichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels der elektrischen Heizeinrichtung die Rede ist, so ist hierunter bevorzugt das Aufheizen des thermischen Speichers mittels der zweiten Teilheizeinrichtung zu verstehen.
Das Aufheizen des thermischen Speichers erfolgt insbesondere derart, dass die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest zeitweise größer ist als ihre Betriebstemperatur. Hierdurch wird erreicht, dass die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem Deaktivieren der Heizeinrichtung beziehungsweise einer Reduzierung der Heizleistung der Heizeinrichtung vergleichsweise lange eine Temperatur aufweist, die größer ist als die Betriebstemperatur. Weil zum Aufheizen des thermischen Speichers elektrische Energie verwendet wird, welche durch das generatorische Betreiben des zweiten Antriebsaggregats erzeugt wird, wird hierdurch ein besonders energieeffizientes Betreiben der Antriebseinrichtung realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Ladestand des Energiespeichers ermittelt und bei einem Überschreiten eines Grenzladestands durch den Ladestand, insbesondere nur bei Überschreiten des Grenzladestands durch den Ladestand, die bei dem generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie zum Aufheizen des thermischen Speichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet wird. Der Ladestand beschreibt die Menge der in dem Energiespeicher zwischengespeicherten elektrischen Energie. Überschreitet der ermittelte Ladestand den Grenzladestand, so wird die bei dem generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung und insoweit zum Aufheizen des thermischen Speichers verwendet. Besonders bevorzugt wird die generatorisch erzeugte elektrische Energie ausschließlich dann zum Aufheizen des thermischen Speichers verwendet, sofern der Ladestand den Grenzladestand überschreitet.
Bevorzugt ist es also vorgesehen, die generatorisch erzeugte elektrische Energie dem Energiespeicher zuzuführen und in diesem zwischenzuspeichern, sofern und solange der Ladestand des Energiespeichers kleiner oder gleich dem Grenzladestand ist. Erst ab dem Überschreiten des Grenzladestands wird die elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung verwendet. Insbesondere wird in diesem Fall die von dem zweiten Antriebsaggregat bereitgestellte elektrische Energie ausschließlich der Heizeinrichtung zugeführt und nicht mehr dem Energiespeicher. Unter dem Grenzladestand des Energiespeichers ist vorzugsweise ein Maximalladestand zu verstehen, welcher einem vollständig gefüllten Energiespeicher entspricht. Mit der beschriebenen Vorgehensweise wird ein besonders effektives und effizientes Betreiben der Antriebseinrichtung realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein erster Teil der bei dem generatorischen Betrieb erzeugten elektrischen Energie dem Energiespeicher zum Aufladen zugeführt und ein zweiter Teil zum Aufheizen des thermischen Speichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet wird, wobei der erste Teil derart gewählt wird, dass eine elektrische Ladeleistung bei dem Aufladen des Energiespeichers auf eine Grenzladeleistung begrenzt ist. Die von dem zweiten Antriebsaggregat bereitgestellte elektrische Energie wird insoweit auf den Energiespeicher und die elektrische Heizeinrichtung aufgeteilt, sodass ein von Null verschiedener erster Teil zum Aufladen des Energiespeichers und ein ebenfalls von Null verschiedener zweiter Teil zum Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung herangezogen wird.
Das Aufladen des Energiespeichers mittels der generatorisch erzeugten elektrischen Energie erfolgt mit einer bestimmten Ladeleistung. Diese Ladeleistung soll nun auf die Grenzladeleistung begrenzt werden. Hierzu werden der erste Teil und der zweite Teil der elektrischen Energie entsprechend bestimmt. Die Grenzladeleistung ist vorzugsweise eine Ladeleistung des Energiespeichers, welche maximal für ein bestimmungsgemäßes Laden des Energiespeichers herangezogen werden darf. Die Grenzladeleistung ist insoweit derart gewählt, dass keine Beschädigung des Energiespeichers auftritt, falls die elektrische Ladeleistung gleich der Grenzladeleistung ist. Durch das Aufteilen der elektrischen Energie auf den ersten Teil und den zweiten Teil wird überschüssige elektrische Energie zum Aufheizen des thermischen Speichers herangezogen, sodass nachfolgend die Abgasnachbehandlungseinrichtung über einen vergleichsweise langen Zeitraum sehr effizient betrieben werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Heizeinrichtung an ein Stromnetz angeschlossen ist, in dem wenigstens einen von der Heizeinrichtung verschiedener elektrischer Verbraucher vorliegt, wobei bei einem Überschreiten eines Strombedarfsgrenzwerts durch einen Strombedarf des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers eine Heizleistung der Heizeinrichtung verringert, insbesondere die Heizeinrichtung deaktiviert wird, sofern die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung höher ist als die Betriebstemperatur. Die elektrische Heizeinrichtung ist elektrisch an das Stromnetz angeschlossen. Vorzugsweise ist zusätzlich das zweite Antriebsaggregat elektrisch an das Stromnetz angeschlossen. Auch der Energiespeicher kann elektrisch mit dem Stromnetz verbunden sein.
In dem Stromnetz liegt der wenigstens eine elektrische Verbraucher vor. Beispielsweise ist der elektrische Verbraucher ebenfalls Bestandteil der Antriebseinrichtung. Beispielsweise kann er in Form einer elektrischen Pumpe oder dergleichen vorliegen. Der elektrische Verbraucher kann jedoch auch Bestandteil des Kraftfahrzeugs an sich sein und beispielsweise in Form eines elektrischen Klimakompressors, einer Fahrerassistenzeinrichtung oder dergleichen vorliegen. Der elektrische Verbraucher wird aus dem Stromnetz mit elektrischer Energie versorgt, beispielsweise mit elektrischer Energie, die zumindest teilweise dem Energiespeicher entnommen wird und/oder die mittels des zweiten Antriebsaggregats bereitgestellt wird.
Der elektrische Verbraucher weist hierbei den Strombedarf auf, welcher beispielsweise die momentane elektrische Leistung des elektrischen Verbrauchers beschreibt. Übersteigt der Strombedarf den Strombedarfsgrenzwert, so wird die Heizleistung der Heizeinrichtung verringert, um eine hinreichende Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie sicherzustellen. Beispielsweise wird hierbei die Heizeinrichtung vollständig deaktiviert. Dies erfolgt jedoch nur dann, falls die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung höher ist als ihre Betriebstemperatur. Hierdurch wird sichergestellt, dass stets ein effizientes Umwandeln der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe erfolgt.
Das Verringern der Heizleistung der Heizeinrichtung erfolgt vorzugsweise derart, dass der Strombedarf des wenigstens einen Verbrauchers in Summe mit dem Strombedarf der Heizeinrichtung einem Stromangebot in dem Stromnetz entspricht. Das Stromangebot ist beispielsweise die mittels des Energiespeichers und/oder des zweiten Antriebsaggregats bereitstellbare elektrische Leistung. Wiederum wird auf die beschriebene Art und Weise ein effektiver Betrieb der Antriebseinrichtung realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das generatorische Betreiben des zweiten Antriebsaggregats auch bei Überschreiten des Grenzladestands durch den Ladestand erfolgt und die bei dem generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie zum Aufheizen des thermischen Speichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet wird, sofern die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung höchstens einer Maximaltemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung entspricht. In anderen Worten wird das generatorische Betreiben des zweiten Antriebsaggregats nicht aufgrund des Überschreitens des Grenzladestands durch den Ladestand unterbrochen. Vielmehr wird die von dem zweiten Antriebsaggregat bereitgestellte elektrische Energie nicht oder nicht mehr dem Energiespeicher zugeführt, sondern zum Aufheizen des thermischen Speichers herangezogen.
Dies gilt jedoch nur, sofern und solange die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung kleiner oder gleich der Maximaltemperatur ist. Die Maximaltemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist vorzugsweise größer als ihre Betriebstemperatur. Sie entspricht bevorzugt einer Temperatur, bei welcher auch bei einer dauerhaften Beaufschlagung der Abgasnachbehandlungseinrichtung keine Beschädigungen derselben auftreten. Insbesondere ist die Maximaltemperatur kleiner als eine Zersetzungstemperatur von in der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendeten Materialien. Besonders bevorzugt wird das generatorische Betreiben des zweiten Antriebsaggregats dann, insbesondere nur dann, eingestellt, sofern sowohl der Ladestand den Grenzladestand als auch die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Maximaltemperatur übersteigt. Auf diese Art und Weise wird eine Beschädigung der Antriebseinrichtung zuverlässig verhindert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Anforderung einer Bremskraft das erste Antriebsaggregat zumindest zeitweise von dem zweiten Antriebsaggregat entkoppelt wird und die Bremskraft durch den generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregats bereitgestellt wird. Unter der Anforderung der Bremskraft ist zu verstehen, dass beispielsweise ein Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder eine Fahrerassistenzeinrichtung des Kraftfahrzeugs eine von Null verschiedene Sollbremskraft einstellt. Eine Gesamtbremskraft des Kraftfahrzeugs setzt sich grundsätzlich aus einer durch den generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregats erzeugten Bremskraft und einer mittels einer Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs bewirkten Bremskraft zusammen.
Bevorzugt wird ein möglichst großer Teil der Gesamtbremskraft mittels des zweiten Antriebsaggregats erzielt, sodass die Betriebsbremse entlastet wird. Um einen möglichst hohen Anteil der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs zum Bereitstellen der elektrischen Energie mittels des zweiten Antriebsaggregats zu nutzen, wird bei der Anforderung der Bremskraft das erste Antriebsaggregat zumindest zeitweise von dem zweiten Antriebsaggregat entkoppelt. Hierdurch entfällt ein Mitschleppen des ersten Antriebsaggregats durch das Kraftfahrzeug.
Besonders bevorzugt wird zudem das erste Antriebsaggregat in den Stillstand versetzt, sodass es also eine Drehzahl von Null aufweist. Dies kann zum Beispiel durch Einstellen einer Kraftstoffzufuhr und/oder ein Deaktivieren einer Zündung des ersten Antriebsaggregats erfolgen, nämlich bei von dem zweiten Antriebsaggregat entkoppeltem ersten Antriebsaggregat, sodass ein unbefeuerter Schleppbetrieb des ersten Antriebsaggregats unterbunden wird. Aufgrund des Stillstands des ersten Antriebsaggregats fördert das erste Antriebsaggregat keine Luft in Richtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sodass ein Abkühlen der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch diese Luft effektiv verhindert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Anforderung der Bremskraft der generatorische Betrieb des zweiten Antriebsaggregats eingestellt wird oder unterbleibt und das erste Antriebsaggregat und/oder eine Betriebsbremse zum Bereitstellen einer Bremskraft angesteuert werden/wird, sofern der Ladestand den Grenzladestand und die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Maximaltemperatur überschreitet. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen.
Um eine Beschädigung des Energiespeichers und der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu vermeiden, soll der generatorische Betrieb eingestellt werden oder unterbleiben, falls die genannten Bedingungen zutreffen. Um dennoch die angeforderte Bremskraft zur Verfügung zu stellen, soll das erste Antriebsaggregat entsprechend angesteuert werden, insbesondere wird es zuvor mit dem ersten Antriebsaggregat antriebstechnisch gekoppelt, sofern dies nicht ohnehin bereits der Fall ist. Zusätzlich oder alternativ wird die Betriebsbremse zum Bremsen des Kraftfahrzeugs herangezogen. Hierdurch wird ein effektiver Bauteilschutz realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der thermische Speicher abseits des Abgases vorliegt. Der thermische Speicher wird insoweit nicht von dem Abgas angeströmt und/oder überströmt. Beispielsweise ist der thermische Speicher außerhalb des Gehäuses der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, in welchem wiederum der Filterkörper vorliegt. In anderen Worten ist der Filterkörper innerhalb und der thermische Speicher außerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei das Gehäuse zur Führung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgesehen und ausgebildet ist. Beispielsweise ist also der thermische Speicher beabstandet von dem Filterkörper angeordnet, thermisch jedoch mit ihm gekoppelt, beispielsweise über das Gehäuse. Hierdurch wird ein besonders effektives Aufheizen des thermischen Speichers mittels der elektrischen Heizeinrichtung realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als thermischer Speicher ein Phasenwechselspeicher verwendet wird, dessen Phasenwechseltemperatur höher ist als die Betriebstemperatur. Der thermische Speicher kann insoweit auch als Latentwärmespeicher bezeichnet werden. Der Phasenwechselspeicher verfügt über ein Phasenwechselmaterial beziehungsweise besteht aus diesem. Das Phasenwechselmaterial ist derart gewählt, dass es bei seiner Phasenwechseltemperatur seinen Aggregatzustand wechselt und hierbei thermische Energie aufnimmt beziehungsweise abgibt.
Der Phasenwechselspeicher ist derart ausgestaltet, dass das Phasenwechselmaterial seinen Aggregatzustand bei einer Temperatur wechselt, welche höher ist als die Betriebstemperatur. Insbesondere liegt die Phasenwechseltemperatur zwischen der Betriebstemperatur und der Maximaltemperatur, vorzugsweise liegt sie näher an der Maximaltemperatur als an der Betriebstemperatur. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Phasenwechseltemperatur der Maximaltemperatur entspricht. Die Verwendung des Phasenwechselspeichers ermöglicht ein besonders effektives und dauerhaftes Zwischenspeichern der mittels der elektrischen Heizeinrichtung bereitgestellten thermischen Energie.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Antriebseinrichtung ein Abgas erzeugendes erstes Antriebsaggregat und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie ein als elektrische Traktionsmaschine ausgebildetes zweites Antriebsaggregat und einen Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das zweite Antriebsaggregat aufweist, wobei eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung während eines Betriebs der Antriebseinrichtung derart eingestellt ist, dass sie mindestens einer Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung entspricht. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgebildet ist, das zweite Antriebsaggregat zumindest zeitweise generatorisch zu betreiben und zumindest ein Teil der bei dem generatorischen Betrieb mittels des zweiten Antriebsaggregats erzeugten elektrischen Energie zum Aufheizen eines thermischen Speichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels einer elektrischen Heizeinrichtung zu verwenden.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung für das Kraftfahrzeug als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

Figur eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.

Die Figur zeigt eine äußerst schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, welche über ein erstes Antriebsaggregat 2 und ein zweites Antriebsaggregat 3 verfügt. Das erste Antriebsaggregat 2 ist ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, und das zweite Antriebsaggregat 3 eine elektrische Traktionsmaschine. Das erste Antriebsaggregat 2 und das zweite Antriebsaggregat 3 sind zumindest zeitweise gemeinsam mit einer Abtriebswelle 4 der Antriebseinrichtung 1 antriebstechnisch gekoppelt, an welcher sie zumindest zeitweise gemeinsam ein Antriebsdrehmoment bereitstellen. Das zweite Antriebsaggregat 3 ist elektrisch an einen elektrischen Energiespeicher 5 angeschlossen.
Die Antriebseinrichtung 1 verfügt weiterhin über eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 6, beispielsweise einen Fahrzeugkatalysator. Der Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 wird das von dem ersten Antriebsaggregat 2 während seines Betriebs erzeugte Abgas zugeführt. Dies ist durch die Pfeile 7 angedeutet. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 ist mit einer elektrischen Heizeinrichtung 8 ausgerüstet, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Heizspirale ausgeführt ist, die ein Gehäuse 9 und einen Filterkörper 10 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 umgreift. Die Heizeinrichtung 8 dient zum Aufheizen eines thermischen Speichers 11, der in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem Gehäuse 9 und der Heizeinrichtung 8 angeordnet ist. In anderen Worten umgreift der Speicher 11 das Gehäuse 9 und den Filterkörper 10, wohingegen die Heizeinrichtung 8 den Speicher 11 und damit auch den Filterkörper 10 sowie das Gehäuse 9 umgreift.
Die Heizeinrichtung 8 dient dem Aufheizen des thermischen Speichers 11 und schlussendlich mittelbar auch des Gehäuses 9 und des Filterkörpers 10. Die Heizeinrichtung 8 ist beispielsweise über den Energiespeicher 5 elektrisch an das zweite Antriebsaggregat 3 angeschlossen. Besonders bevorzugt ist die Heizeinrichtung 8 jedoch zusätzlich oder alternativ unmittelbar und unter Umgehung des Energiespeichers 5 elektrisch mit dem zweiten Antriebsaggregat 3 verbunden oder zumindest verbindbar. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass in einer ersten Schalteinstellung eines Schaltelements die Heizeinrichtung 8 lediglich mittelbar über den Energiespeicher 5 an das zweite Antriebsaggregat 3 und in einer zweiten Schaltstellung unter Umgehung des Energiespeichers 5 unmittelbar an das zweite Antriebsaggregat 3 elektrisch angeschlossen ist.
Es ist nun vorgesehen, während eines Betriebs der Antriebseinrichtung 1 eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 derart einzustellen, dass sie mindestens einer Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 entspricht. Hierzu wird bevorzugt bei einem generatorischen Betreiben des zweiten Antriebsaggregats 3 zumindest ein Teil der bei dem generatorischen Betrieb erzeugten elektrischen Energie zum Aufheizen des thermischen Speichers mittels der elektrischen Heizeinrichtung 8 verwendet. Besonders bevorzugt erfolgt dies, sofern der Energiespeicher 5 einen Ladestand aufweist, der größer ist als ein Grenzladestand.
Das Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 beziehungsweise des thermischen Speichers 11 mittels der Heizeinrichtung 8 erfolgt bevorzugt derart, dass die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 ihre Betriebstemperatur übersteigt. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei einem nachfolgenden Deaktivieren der Heizeinrichtung 8 die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 6 über einen vergleichsweise langen Zeitraum größer ist als die Betriebstemperatur beziehungsweise dieser entspricht.
Dies ermöglicht ein besonders effektives Umwandeln von in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen in ungefährlichere Produkte. Der Speicher 11 ist besonders bevorzugt als Phasenwechselspeicher ausgestaltet, wobei ein Phasenwechselmaterial dieses Phasenwechselspeichers eine Phasenwechseltemperatur aufweist, welche zumindest der Betriebstemperatur entspricht, besonders bevorzugt jedoch höher ist als diese. Hierdurch wird die Effektivität der Antriebseinrichtung 1 weiter gesteigert.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinrichtung
2: 1. Antriebsaggregat
3: 2. Antriebsaggregat
4: Abtriebswelle
5: Energiespeicher
6: Abgasnachbehandlungseinrichtung
7: Pfeil
8: Heizeinrichtung
9: Gehäuse
10: Filterkörper
11: Speicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017106766 A1 [0002]
US 9469293 B2 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung (1) ein Abgas erzeugendes erstes Antriebsaggregat (2) und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) zur Nachbehandlung des Abgases sowie ein als elektrische Traktionsmaschine ausgebildetes zweites Antriebsaggregat (3) und einen Energiespeicher (5) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das zweite Antriebsaggregat (3) aufweist, wobei eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) während eines Betriebs der Antriebseinrichtung (1) derart eingestellt wird, dass sie mindestens einer Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (3) zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird und zumindest ein Teil der bei dem generatorischen Betrieb mittels des zweiten Antriebsaggregats (3) erzeugten elektrischen Energie zum Aufheizen eines thermischen Speichers (11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) mittels einer elektrischen Heizeinrichtung (8) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladestand des Energiespeichers (5) ermittelt und bei einem Überschreiten eines Grenzladestands durch den Ladestand die bei dem generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie zum Aufheizen des thermischen Speichers (11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der bei dem generatorischen Betrieb erzeugten elektrischen Energie dem Energiespeicher (5) zum Aufladen zugeführt und ein zweiter Teil zum Aufheizen des thermischen Speichers (11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) verwendet wird, wobei der erste Teil derart gewählt wird, dass eine elektrische Ladeleistung bei dem Aufladen des Energiespeichers (5) auf eine Grenzladeleistung begrenzt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (8) an ein Stromnetz angeschlossen ist, in dem wenigstens ein von der Heizeinrichtung (8) verschiedener elektrischer Verbraucher vorliegt, wobei bei einem Überschreiten eines Strombedarfsgrenzwerts durch einen Strombedarf des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers eine Heizleistung der Heizeinrichtung (8) verringert wird, sofern die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) höher ist als die Betriebstemperatur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Betreiben des zweiten Antriebsaggregats (3) auch bei Überschreiten des Grenzladestands durch den Ladestand erfolgt und die bei dem generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie zum Aufheizen des thermischen Speichers (11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) verwendet wird, sofern die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) höchstens einer Maximaltemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anforderung einer Bremskraft das erste Antriebsaggregat (2) zumindest zeitweise von dem zweiten Antriebsaggregat (3) entkoppelt wird und die Bremskraft durch den generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregats (3) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anforderung der Bremskraft der generatorische Betrieb des zweiten Antriebsaggregats (3) eingestellt wird oder unterbleibt und das erste Antriebsaggregat (2) und/oder eine Betriebsbremse zum Bereitstellen einer Bremskraft angesteuert werden/wird, sofern der Ladestand den Grenzladestand und die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) die Maximaltemperatur überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Speicher (11) abseits des Abgases vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermischer Speicher (11) ein Phasenwechselspeicher verwendet wird, dessen Phasenwechseltemperatur höher ist als die Betriebstemperatur.
Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (1) ein Abgas erzeugendes erstes Antriebsaggregat (2) und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) zur Nachbehandlung des Abgases sowie ein als elektrische Traktionsmaschine ausgebildetes zweites Antriebsaggregat (3) und einen Energiespeicher (5) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das zweite Antriebsaggregat (3) aufweist, wobei eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) während eines Betriebs der Antriebseinrichtung (1) derart eingestellt ist, dass sie mindestens eine Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, das zweite Antriebsaggregat (3) zumindest zeitweise generatorisch zu betreiben und zumindest einen Teil der bei dem generatorischen Betrieb mittels des zweiten Antriebsaggregats (3) erzeugten elektrischen Energie zum Aufheizen eines thermischen Speichers (11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) mittels einer elektrischen Heizeinrichtung (8) zu verwenden.