DE102019210242A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Drehmoment für den Elektromotor vorgegeben wird und nach dem Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor ein Ermitteln eines Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung des vorgegebenen Drehmoments für den Elektromotor erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs.
  • Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen Katalysatoren zu verwenden, um vorgegebene Emissionsvorschriften einhalten zu können. Derartige Katalysatoren entfalten ihre volle Wirksamkeit erst dann, wenn sie ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Dies ist nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs noch nicht der Fall. In der Praxis erfolgt die Aufheizung eines in einem Kraftfahrzeug verwendeten Katalysators unter Verwendung der vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Wärme. Nachteilig dabei ist, dass es vergleichsweise lange dauert, bis der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat.
  • Des Weiteren sind bereits Kraftfahrzeuge bekannt, die einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthalten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs anzugeben, bei welchen nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs das Aufheizen des Katalysators emissionsreduzierend, effizient und kostengünstig durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs ein Drehmoment für den Elektromotor vorgegeben und nach dem Vorgeben eines Drehmoments für den Elektromotor ein Solldrehmoment für den Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung des vorgegebenen Drehmoments für den Elektromotor ermittelt.
  • Vorzugsweise erfolgt das Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor in Abhängigkeit vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors, wobei der momentane Lastzustand des Verbrennungsmotors aus einer Solldrehmomentvorgabe über das Fahrpedal ermittelt wird, ohne dass dabei ein Anteil des Elektromotors berücksichtigt wird.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahl des Verbrennungsmotors erfolgen.
  • Die Ermittlung des Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von dem vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors abhängigen Drehmoment. Dabei kann die Ermittlung des Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor unter Verwendung einer Differenzbildung zwischen dem vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors abhängigen Drehmoment und der Drehmomentvorgabe für den Elektromotor erfolgen.
  • Weist das Kraftfahrzeug einen Benzinmotor oder einen Erdgasmotor auf, dann kann des Weiteren eine Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät über eine Zündwinkelspätverstellung und/oder eine Einspritzstartpunktverschiebung vorgenommen werden, um das Aufheizen des Katalysators weiter zu beschleunigen.
  • Diese Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät kann bis zu einem Verbrennungswirkungsgrad erfolgen, bei dem das Verhältnis des NOx-Rohemissionsstroms von Verbrennung zu Abgaswärme einen Minimalwert annimmt, oder bis zu einem Verbrennungswirkungsgrad, bei dem eine stabile Verbrennung noch realisiert werden kann.
  • Weist das Kraftfahrzeug einen Dieselmotor auf, dann kann zur weiteren Beschleunigung des Aufheizens des Katalysators des Weiteren eine Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät durchgeführt werden. Diese Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät wird vorzugsweise durch eine Einspritzstartpunktverschiebung nach spät vorgenommen. Diese Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät kann so weit erfolgen, bis das Verhältnis des NOx-Rohemissionsstroms von Verbrennung zu Abgaswärme einen Minimalwert annimmt, oder so weit erfolgen, bis die Verbrennungsschwerpunktverschiebung für eine stabile Verbrennung noch realisiert werden kann.
  • Vorzugsweise wird eine Überprüfung vorgenommen, ob ein vorgegebenes Emissionsziel erreicht ist, und dann, wenn dies nicht der Fall ist, zusätzlich ein zusätzlich vorhandener elektrisch beheizter Katalysator aktiviert.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann das Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs emissionsreduzierend, effizient und kostengünstig durchgeführt werden. Insbesondere kann ein vorgegebenes Emissionsziel mit vergleichsweise niedrigem Energieverbrauch und mit niedriger Bordnetzbelastung kostengünstig realisiert werden. Dieses vorgegebene Ziel wird bei der vorliegenden Erfindung durch eine definierte Kombination von Maßnahmen durchgeführt, bei welcher während der Aufheizung des Katalysators des Kraftfahrzeugs elektromotorische Maßnahmen und verbrennungsmotorische Maßnahmen vorzugsweise abhängig vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors und/oder der momentanen Drehzahl des Verbrennungsmotors kombiniert werden und bei welcher bei Bedarf zusätzlich ein zusätzlich vorhandener elektrisch beheizter Katalysator aktiviert wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird in einem ersten Schritt ein Drehmoment für den Elektromotor vorgegeben. Dieses Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor erfolgt in Abhängigkeit vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors, beispielsweise in Abhängigkeit von einem sollindizierten Drehmoment des Verbrennungsmotors. Alternativ dazu oder zusätzlich dazu kann das Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahl des Verbrennungsmotors erfolgen. Dabei wird die momentane Drehzahl des Verbrennungsmotors mittels eines Drehzahlsensors gemessen und einer Motorsteuerung bereitgestellt, welche dazu ausgebildet ist, unter Verwendung von ihr zugeführten Sensorsignalen, zu denen neben dem Drehzahlsensorsignal unter anderem auch ein von einem Fahrpedalstellungssensor bereitgestelltes Sensorsignal gehört, und einer hinterlegten Arbeitssoftware das erfindungsgemäße Verfahren zu steuern. Je größer das genannte sollindizierte Drehmoment des Verbrennungsmotors ist, desto größer ist das für den Elektromotor vorgegebene Drehmoment. Ziel einer derartigen Drehmomentvorgabe für den Elektromotor ist, das vom Verbrennungsmotor zu realisierende Drehmoment möglichst niedrig zu halten, da ansonsten die gebildete NOx-Rohemission überproportional zur Motorlast steigen würde.
  • Unter Berücksichtigung des für den Elektromotor vorgegebenen Drehmoments erfolgt eine Ermittlung eines Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor. Diese Ermittlung des Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor wird vorzugsweise in Abhängigkeit von dem vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors abhängigen Drehmoment vorgenommen. Dabei wird der momentane Lastzustand des Verbrennungsmotors aus einer Solldrehmomentvorgabe über das Fahrpedal ermittelt, ohne dass dabei ein Anteil des Elektromotors berücksichtigt wird. Das Solldrehmoment für den Verbrennungsmotor wird dann unter Verwendung einer Differenzbildung zwischen dem vom momentanen Lastzustand abhängigen Drehmoment und der Drehmomentvorgabe für den Elektromotor berechnet und dann realisiert.
  • Weist das vorhandene Kraftfahrzeug einen Benzinmotor oder einen Erdgasmotor auf, dann erfolgt im Sinne einer weiteren verbrennungsmotorischen Maßnahme eine Zündwinkelspätverstellung. Diese Zündwinkelspätverstellung wird bis zu einem schlechten Zündwinkelwirkungsgrad vorgenommen, bei welchem entweder das Verhältnis des NOx-Rohemissionsstroms von Verbrennung zu Abgaswärmestrom einen Minimalwert annimmt oder bis die Zündwinkelverstellung nach spät noch für eine stabile Verbrennung realisiert werden kann, beispielsweise bis zu einer Verbrennung, bei welcher der COV-Wert kleiner als 8% ist.
  • Weist das vorhandene Kraftfahrzeug einen Dieselmotor auf, dann erfolgt im Sinne einer weiteren verbrennungsmotorischen Maßnahme eine Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät.
    Diese Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät erfolgt durch eine Einspritzstartpunktverschiebung und kann vorgenommen werden, bis entweder das Verhältnis des NOx-Rohemissionsstroms von Verbrennung zu Abgaswärmestrom einen Minimalwert annimmt oder bis die Einspritzstartpunktverschiebung für eine stabile Verbrennung noch realisiert werden kann, beispielsweise bis zu einer Verbrennung, bei welcher der COV-Wert kleiner ist als 10%.
  • Anschließend wird eine Überprüfung vorgenommen, ob ein vorgegebenes Emissionsziel erreicht ist oder nicht. Ist dieses Emissionsziel nicht erreicht, dann wird ein zusätzlich vorhandener elektrisch beheizter Katalysator aktiviert. Dieser elektrisch beheizte Katalysator kann klein dimensioniert werden, beispielsweise unter 2 KW.
  • Durch diese Maßnahmen kann in der Aufheizphase eines Katalysators eines Kraftfahrzeugs ein vorgegebenes Emissionsziel mit niedrigem Energieverbrauch und mit geringer Bordnetzbelastung kostengünstig realisiert werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist: - Vorgeben eines Drehmoments für den Elektromotor und - nach dem Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor ein Ermitteln eines Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung des vorgegebenen Drehmoments für den Elektromotor.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor in Abhängigkeit vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors erfolgt, wobei der momentane Lastzustand des Verbrennungsmotors aus einer Solldrehmomentvorgabe über das Fahrpedal ermittelt wird, ohne dass dabei ein Anteil des Elektromotors berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgeben des Drehmoments für den Elektromotor in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahl des Verbrennungsmotors erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von dem vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors abhängigen Drehmoment erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Solldrehmoments für den Verbrennungsmotor unter Verwendung einer Differenzbildung zwischen dem vom momentanen Lastzustand des Verbrennungsmotors abhängigen Drehmoment und der Drehmomentvorgabe für den Elektromotor erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen eines Benzinmotors oder eines Erdgasmotors des Weiteren eine Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät über eine Zündwinkelspätverstellung und/oder eine Einspritzstartpunktverschiebung vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät bis zu einem Verbrennungswirkungsgrad erfolgt, bei dem das Verhältnis des NOx-Rohemissionsstroms von Verbrennung zu Abgaswärme einen Minimalwert annimmt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät bis zu einem Verbrennungswirkungsgrad erfolgt, bei dem eine stabile Verbrennung noch realisiert werden kann.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen eines Dieselfahrzeugs des Weiteren eine Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät vorgenommen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät durch eine Einspritzstartpunktverschiebung vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät vorgenommen wird, bis das Verhältnis des NOx-Rohemissionsstroms von Verbrennung zu Abgaswärme einen Minimalwert annimmt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät vorgenommen wird, bis die Verbrennungsschwerpunktverschiebung für eine stabile Verbrennung noch realisiert werden kann.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überprüfung vorgenommen wird, ob ein vorgegebenes Emissionsziel erreicht ist, und dann, wenn dies nicht der Fall ist, zusätzlich ein elektrisch beheizter Katalysator aktiviert wird.
  14. Vorrichtung zum Aufheizen des Katalysators eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor enthaltenden Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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