DE102020100539A1 - Method for operating a motor vehicle with a diesel hybrid drive and diesel hybrid drive - Google Patents

Method for operating a motor vehicle with a diesel hybrid drive and diesel hybrid drive Download PDF

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DE102020100539A1
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battery
catalytic converter
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German (de)
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Stefan PAUKNER
Filip Zielinski
Roderich Otte
Falk-Christian Baron von Ceumern-Lindenstjerna
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Volkswagen AG
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    • Y02T10/62Hybrid vehicles

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Diesel-Hydrid-Antrieb aus einem Verbrennungsmotor (10) und einen elektrischen Antriebsmotor (76). Dabei ist der Verbrennungsmotor (10) mit einem Generator (72) koppelbar, um eine Batterie (74) zur Versorgung des elektrischen Antriebsmotors (76) aufzuladen. Der Verbrennungsmotor (10) ist mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden, in welcher mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) angeordnet sind. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- Ermitteln eines Ladezustands (SOC) der Batterie (76),- Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50), wenn die Batterie (74) einen Schwellenwert (SOCmin) für den Ladezustand unterschreitet, wobei der Verbrennungsmotor (10) an den Generator (72) angekoppelt wird, wobei- der Verbrennungsmotor (10) mit einem in Bezug auf die Rohemissionen und/oder das Aufheizverhalten der Abgasnachbehandlungskomponenten idealen, quasi-stationären Betriebspunkt betrieben wird, solange die Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) noch nicht ihre Betriebstemperatur (TLO) erreicht haben,- Laden der Batterie (74), wenn die Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) ihre Betriebstemperatur (TLO) erreicht haben.Die Erfindung betrifft ferner einen Diesel-Hybrid-Antrieb zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating a motor vehicle with a diesel hydride drive from an internal combustion engine (10) and an electric drive motor (76). The internal combustion engine (10) can be coupled to a generator (72) in order to charge a battery (74) to supply the electric drive motor (76). The internal combustion engine (10) is connected by its outlet (18) to an exhaust system (40) in which several exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) are arranged. The method comprises the following steps: determining a state of charge (SOC) of the battery (76), heating the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) when the battery (74) falls below a threshold value (SOCmin) for the state of charge, the internal combustion engine (10) is coupled to the generator (72), the internal combustion engine (10) being operated with a quasi-stationary operating point which is ideal with regard to the raw emissions and / or the heating behavior of the exhaust gas aftertreatment components, as long as the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) have not yet reached their operating temperature (TLO), charging the battery (74) when the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) have reached their operating temperature (TLO). The invention also relates to a diesel hybrid drive for implementation such a procedure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Diesel-Hybrid-Antriebs sowie einen Diesel-Hybrid-Antrieb für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for operating a diesel hybrid drive and a diesel hybrid drive for a motor vehicle according to the preamble of the independent claims.

Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen StickoxidEmissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Um die hohen Anforderungen an minimale Stickoxidemissionen zu erfüllen, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche zwei in Reihe geschaltete SCR-Katalysatoren aufweisen, wobei jedem der SCR-Katalysatoren ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgeschaltet ist. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation, and one that will become increasingly strict in the future, place high demands on the engine-related raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further decrease in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. In gasoline engines, the exhaust gas purification takes place in the known manner via a three-way catalytic converter and a three-way catalytic converter - and further downstream catalysts. Exhaust aftertreatment systems are currently used in diesel engines which have an oxidation catalytic converter or a NO x storage catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for separating soot particles and, if necessary, further catalytic converters. In order to meet the high requirements for minimal nitrogen oxide emissions, exhaust gas aftertreatment systems are known which have two SCR catalytic converters connected in series, each of the SCR catalytic converters being preceded by a metering element for metering in a reducing agent. A synthetic, aqueous urea solution is preferably used as the reducing agent, which is mixed with the hot exhaust gas flow in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. As a result of this mixing, the aqueous urea solution is heated, the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Um die Kohlenstoffdioxid-Emissionen eines Kraftfahrzeuges zu reduzieren, sind Hybridantriebe bekannt, welche einen Verbrennungsmotor und einen elektrischen Antriebsmotor aufweisen. Dabei ist es möglich, das Kraftfahrzeug rein elektrisch und somit lokal emissionsfrei zu betreiben. Da die Systemleistung aus Verbrennungsmotor und elektrischem Antriebsmotor die Fahrleistungen des Kraftfahrzeuges bestimmt, kann ein kleinerer und leistungsschwächerer Verbrennungsmotor verwendet werden, wodurch der Verbrauch auch bei einem Fahrbetrieb mit ausschließlichem Antrieb durch den Verbrennungsmotor reduziert werden kann.In order to reduce the carbon dioxide emissions of a motor vehicle, hybrid drives are known which have an internal combustion engine and an electric drive motor. It is possible to operate the motor vehicle purely electrically and thus locally emission-free. Since the system performance of the internal combustion engine and the electric drive motor determines the driving performance of the motor vehicle, a smaller and less powerful internal combustion engine can be used, which means that consumption can be reduced even when the vehicle is driven exclusively by the internal combustion engine.

Unterschreitet die Batterie im elektrischen Fahrbetrieb einen festgelegten, minimalen Ladestatus, der es erforderlich macht, dass der Verbrennungsmotor in absehbarer Zeit gestartet wird, ist bekannt, die Abgasanlage durch einen elektrisch beheizbaren Katalysator vor dem Start des Verbrennungsmotors aufzuheizen, um ab dem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.If the battery falls below a specified, minimum charge status in electric driving mode, which makes it necessary for the internal combustion engine to be started in the foreseeable future, it is known to heat up the exhaust system using an electrically heated catalytic converter before starting the internal combustion engine in order to achieve a to enable efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine.

Die US 2011 / 0 078 999 A1 offenbart einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch beheizbaren Katalysator in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors. Der elektrisch beheizbare Katalysator wird dabei aufgeheizt, wenn der Ladestatus unter einen definierten Schwellenwert für die Batterie des elektrischen Antriebsmotors des Hybridantriebs sinkt. Dabei wird der Schwellenwert derart gewählt, dass hinreichend Energie in der Batterie verbleibt, um den Katalysator auf seine Aktivierungstemperatur aufzuheizen, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Dabei werden ein Batterieparameter und ein Ladestatus der Batterie erfasst und der elektrisch beheizbare Katalysator in der Abgasanlage in Abhängigkeit des Ladestatus der Batterie aktiviert.US 2011/0 078 999 A1 discloses a hybrid drive train for a motor vehicle with an electrically heatable catalytic converter in the exhaust system of an internal combustion engine. The electrically heated catalytic converter is heated up when the charge status falls below a defined threshold value for the battery of the electric drive motor of the hybrid drive. The threshold value is selected in such a way that sufficient energy remains in the battery to heat the catalytic converter to its activation temperature before the internal combustion engine is started. A battery parameter and a charge status of the battery are recorded and the electrically heated catalytic converter in the exhaust system is activated depending on the charge status of the battery.

Aus der US 2013 / 0 035 845 A1 ist ein Verfahren zum Aufheizen eines elektrisch beheizbaren Katalysators in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, welches von einem Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antriebsmotor angetrieben wird, bekannt. In der Abgasanlage des Verbrennungsmotors ist stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators ein weiterer Katalysator angeordnet. Dabei wird der elektrisch beheizbare Katalysator vor einem Start des Verbrennungsmotors aufgeheizt und eine Aussage getroffen, ob die Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor ab seinem Start höher als eine Schwellenleistungsanforderung ist, wobei der Verbrennungsmotor durch den elektrischen Antriebsmotor gedreht wird und die Wärme vom elektrisch beheizbaren Katalysator auf den zweiten Katalysator übertragen wird, wenn die zu erwartende Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor ab dem Start des Verbrennungsmotors oberhalb der Schwellenleistungsanforderung liegt.A method for heating an electrically heatable catalytic converter in the exhaust system of a motor vehicle, which is driven by a hybrid drive with an internal combustion engine and an electric drive motor, is known from US 2013/0 035 845 A1. A further catalytic converter is arranged downstream of the electrically heatable catalytic converter in the exhaust system of the internal combustion engine. The electrically heated catalytic converter is heated up before the internal combustion engine is started and a statement is made as to whether the power requirement of the internal combustion engine from its start is higher than a threshold power requirement, the internal combustion engine being rotated by the electric drive motor and the heat from the electrically heated catalytic converter to the second catalyst is transferred when the expected power requirement to the internal combustion engine from the start of the internal combustion engine is above the threshold power requirement.

Die US 2003 / 0 172 643 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antriebsmotor, wobei die Batterie des elektrischen Antriebsmotors durch den Verbrennungsmotor aufgeladen wird, wenn die restliche Ladung der Antriebsbatterie einen definierten Ladestatus unterschreitet. Dabei werden der Verbrennungsmotor und/oder ein Katalysator in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors vor dem Start des Verbrennungsmotors aufgeheizt, sodass ab dem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen durch den Katalysator möglich ist. Das Aufladen der Batterie ist erst dann erfolgt, wenn der Verbrennungsmotor und eine Abgasnachbehandlungskomponente vorgeheizt sind.US 2003/0 172 643 A1 discloses a method for operating a hybrid vehicle with an internal combustion engine and an electric drive motor, the battery of the electric drive motor being charged by the internal combustion engine when the remaining charge of the drive battery falls below a defined charge status. The internal combustion engine and / or a catalyst in the exhaust system of the internal combustion engine are heated up before the internal combustion engine is started, so that the catalyst can efficiently convert pollutants from the start of the internal combustion engine. The battery is only charged when the internal combustion engine is running and an exhaust aftertreatment component are preheated.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Emissionen des Verbrennungsmotors beim Aufladen der Batterie oder bei der direkten Stromerzeugung für die E-Maschine zu minimieren.The invention is now based on the object of minimizing the emissions of the internal combustion engine when charging the battery or when generating electricity directly for the electric machine.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Diesel-Hydrid-Antrieb, umfassend einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Antriebsmotor, eine Batterie und einen Generator, wobei der Verbrennungsmotor mit dem Generator koppelbar ist, um die Batterie aufzuladen, wobei der elektrische Antriebsmotor durch die Batterie oder direkt aus dem Generator mit Strom versorgt wird, wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, in welcher ein Oxidationskatalysator, ein SCR-Katalysator und ein Partikelfilter angeordnet sind, umfassend folgende Schritte:

  • - Ermitteln eines Ladezustands (SOC) der Batterie,
  • - Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten, wenn die Batterie einen Schwellenwert für den Ladezustand unterschreitet, wobei
  • - der Verbrennungsmotor mit einem in Bezug auf die Rohemissionen und/oder das Aufheizverhalten der Abgasnachbehandlung idealen, quasi-stationären Betriebspunkt betrieben wird, solange die Abgasnachbehandlungskomponenten noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, und
  • - Laden der Batterie, wenn die Abgasnachbehandlungskomponenten ihre jeweilige Betriebstemperatur erreicht haben.
According to the invention, this object is achieved by a method for operating a motor vehicle with a diesel hydride drive, comprising an internal combustion engine, an electric drive motor, a battery and a generator, wherein the internal combustion engine can be coupled to the generator in order to charge the battery Drive motor is supplied with power by the battery or directly from the generator, the internal combustion engine being connected with its outlet to an exhaust system in which an oxidation catalytic converter, an SCR catalytic converter and a particle filter are arranged, comprising the following steps:
  • - Determination of the state of charge (SOC) of the battery,
  • - Heating the exhaust gas aftertreatment components when the battery falls below a threshold value for the state of charge, wherein
  • - The internal combustion engine is operated at a quasi-stationary operating point that is ideal with regard to the raw emissions and / or the heating behavior of the exhaust gas aftertreatment, as long as the exhaust gas aftertreatment components have not yet reached their operating temperature, and
  • - Charging the battery when the exhaust aftertreatment components have reached their respective operating temperature.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht es, die Emissionen bei einem Diesel-Hybrid-Antrieb zu verringern und insbesondere die Emissionen beim Zuschalten des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Durch den quasi-stationären Betriebspunkt beim Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten können die Rohemissionen des Verbrennungsmotors minimiert werden. Dabei können dynamische Lastanforderungen an das Diesel-Hybrid-System durch die Restladung der Batterie erfüllt werden, sodass auch entsprechende Lastwechsel auch unmittelbar nach einem Start des Kraftfahrzeuges nicht zu einem Anstieg der Emissionen führen. Dabei wird der minimale Ladestatus der Batterie so festgelegt, dass eine maximale Leistungsanforderung an die Batterie für mindestens 30 s, vorzugsweise für mindestens 60 s, besonders bevorzugt für 3 min möglich ist. Somit kann der elektrische Antriebsmotor sowohl die Lastanforderungen erfüllen als auch einen hinreichenden Betriebszeitraum des Kraftfahrzeugs überbrücken, bis die Abgasnachbehandlungskomponenten ihre jeweilige Betriebstemperatur erreicht haben und ein emissionsarmer Betrieb des Verbrennungsmotors möglich ist. Unter einer Betriebstemperatur ist in diesem Zusammenhang eine Light-Off-Temperatur eines Oxidationskatalysators oder eines SCR-Katalysators zu verstehen.A method according to the invention makes it possible to reduce the emissions in the case of a diesel hybrid drive and, in particular, to reduce the emissions when the internal combustion engine is switched on. Due to the quasi-stationary operating point when the exhaust gas aftertreatment components are heated up, the raw emissions of the internal combustion engine can be minimized. Dynamic load requirements for the diesel hybrid system can be met by the remaining charge of the battery, so that corresponding load changes do not lead to an increase in emissions even immediately after the motor vehicle has been started. The minimum charge status of the battery is set in such a way that a maximum power demand on the battery is possible for at least 30 s, preferably for at least 60 s, particularly preferably for 3 min. The electric drive motor can thus both meet the load requirements and bridge a sufficient operating period of the motor vehicle until the exhaust gas aftertreatment components have reached their respective operating temperature and low-emission operation of the internal combustion engine is possible. In this context, an operating temperature is to be understood as a light-off temperature of an oxidation catalytic converter or an SCR catalytic converter.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Verfahrens zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Diesel-Hybrid-Antrieb möglich.The features listed in the dependent claims allow advantageous improvements and non-trivial further developments of the method mentioned in the independent claim for operating a motor vehicle with a diesel hybrid drive.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistung des Verbrennungsmotors begrenzt wird, solange die Abgasnachbehandlungskomponenten noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Dadurch kann verhindert werden, dass eine dynamische Lastanforderung an den Verbrennungsmotor zu einem starken Anstieg der Rohemissionen führt, welche in dieser Betriebsphase noch nicht hinreichend durch die Abgasnachbehandlungskomponenten konvertiert werden können und ansonsten an die Umwelt emittiert würden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the power of the internal combustion engine is limited as long as the exhaust gas aftertreatment components have not yet reached their operating temperature. This can prevent a dynamic load requirement on the internal combustion engine from leading to a sharp increase in the raw emissions, which in this operating phase cannot yet be sufficiently converted by the exhaust gas aftertreatment components and would otherwise be emitted to the environment.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Begrenzung der Leistung des Verbrennungsmotors aufgehoben wird, sobald die Abgasnachbehandlungskomponenten ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Haben die Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere ein Oxidationskatalysator und ein SCR-Katalysator ihre Betriebstemperatur erreicht, so können die Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors effizient in unlimitierte Abgaskomponenten konvertiert werden, sodass die volle Leistung des Verbrennungsmotors freigegeben werden kann.In a preferred embodiment variant of the method it is provided that the limitation of the power of the internal combustion engine is lifted as soon as the exhaust gas aftertreatment components have reached their operating temperature. Once the exhaust gas aftertreatment components, in particular an oxidation catalytic converter and an SCR catalytic converter, have reached their operating temperature, the pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine can be efficiently converted into unlimited exhaust gas components, so that the full power of the internal combustion engine can be released.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer dynamischen Lastanforderung während des quasi-stationären Betriebs des Verbrennungsmotors die zusätzliche Leistung durch die Batterie zur Verfügung gestellt wird. Um einen Emissionsanstieg zu vermeiden, können dynamische Spitzen durch eine zusätzliche Stromversorgung durch die Batterie abgedeckt werden, sodass der Verbrennungsmotor bis zum Erreichen der Betriebstemperatur in einem emissionsminimalen quasi-stationären Betriebspunkt betrieben werden kann.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that in the event of a dynamic load requirement during the quasi-stationary operation of the internal combustion engine, the additional power is made available by the battery. In order to avoid an increase in emissions, dynamic peaks can be covered by an additional power supply from the battery, so that the internal combustion engine can be operated at an emission-minimal, quasi-stationary operating point until the operating temperature is reached.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeuges mit einem solchen Diesel-Hybrid-Antrieb der Antrieb ausschließlich durch den elektrischen Antriebsmotor erfolgt. Durch einen rein elektrischen Betrieb werden lokal keine Emissionen emittiert. Dabei können sich zumindest Teile des Antriebsstrangs erwärmen, sodass die Reibung bei einem späteren Start des Verbrennungsmotors minimiert ist. Dadurch kann das Zuschalten des Verbrennungsmotors mit geringeren Emissionen erfolgen.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that when a motor vehicle is cold started with such a diesel hybrid drive, the drive is carried out exclusively by the electric drive motor. With purely electrical operation, no emissions are emitted locally. At least parts of the drive train can heat up, so that the friction at a later start of the internal combustion engine is minimized. This enables the internal combustion engine to be switched on with lower emissions.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer Regeneration des Partikelfilters das Aufheizen des Partikelfilters durch eine Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors erfolgt, wobei durch den Generator eine zusätzliche Last aufgebracht wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Um den Partikelfilter auf seine Regenerationstemperatur aufzuheizen, sind bei einem schwachlastigen Betrieb des Verbrennungsmotors innermotorische Maßnahmen notwendig, welche den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors herabsetzen und zu einem Anstieg der Rohemissionen führen können. Durch ein Ankoppeln des Generators an den Verbrennungsmotor kann eine zusätzliche Last erzeugt werden, welche auch bei einer Fahrsituation, welche an sich nur eine geringe Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor stellt, eine entsprechend hohe Motorleistung abgefordert wird, was das Aufheizen des Partikelfilters begünstigt. Die innermotorischen Heizmaßnahen können dementsprechend reduziert werden, was den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors und die Rohemissionen verringert.Another improvement of the method provides that when the particle filter is regenerated, the particle filter is heated by shifting the load point of the internal combustion engine, with the generator applying an additional load in order to increase the exhaust gas temperature. In order to heat the particle filter to its regeneration temperature, internal engine measures are necessary in the case of low-load operation of the internal combustion engine, which reduce the efficiency of the internal combustion engine and can lead to an increase in raw emissions. By coupling the generator to the internal combustion engine, an additional load can be generated which, even in a driving situation which in itself only places a low demand on the internal combustion engine, demands a correspondingly high engine output, which favors the heating of the particle filter. The internal engine heating measures can be reduced accordingly, which reduces the fuel consumption of the internal combustion engine and the raw emissions.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Diesel-Hybrid-Antrieb umfassend einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Antriebsmotor, eine Batterie und einen Generator, wobei der Verbrennungsmotor mit dem Generator koppelbar ist, um die Batterie aufzuladen, wobei der elektrische Antriebsmotor durch die Batterie oder direkt aus dem Generator mit Strom versorgt wird, wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, in welcher ein Oxidationskatalysator, ein SCR-Katalysator und ein Partikelfilter angeordnet sind, sowie mit einem Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Durch einen solchen Diesel-Hybrid-Antrieb können die Emissionen eines Kraftfahrzeuges verringert werden. Dabei können sowohl die Kohlenstoffdioxidemissionen als auch die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoffmonoxid und Stickoxiden minimiert werden.Another aspect of the invention relates to a diesel hybrid drive comprising an internal combustion engine, an electric drive motor, a battery and a generator, the internal combustion engine being able to be coupled to the generator in order to charge the battery, the electric drive motor being powered by the battery or directly the generator is supplied with electricity, the outlet of the internal combustion engine being connected to an exhaust system in which an oxidation catalytic converter, an SCR catalytic converter and a particle filter are arranged, as well as to a control unit which is set up to carry out a method according to the invention if a machine-readable program code is executed by the control unit. Such a diesel hybrid drive can reduce the emissions of a motor vehicle. Both the carbon dioxide emissions and the emissions of unburned hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides can be minimized.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Diesel-Hybrid-Antriebs ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mittels eines Abgasturboladers aufgeladen ist, wobei der Verbrennungsmotor eine Hochdruckabgasrückführung aufweist, welche einen Abgaskanal der Abgasanlage stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts einer Turbine des Abgasturboladers mit einem Ansaugkanal eines Luftversorgungssystems des Verbrennungsmotors stromabwärts eines Verdichters des Abgasturboladers und stromaufwärts eines Einlasses des Verbrennungsmotors verbindet, wobei die Hochdruckabgasrückführung einen Abgasrückführungskanal aufweist, in welchem ein Abgasrückführungskühlerleitung und ein Abgasrückführungsventil angeordnet sind. Dabei können durch einen gekühlte Abgasrückführung über die Hochdruckabgasrückführung die Rohemissionen des Verbrennungsmotors, insbesondere die Stickoxidemissionen verringert werden.In a preferred embodiment of the diesel hybrid drive, it is provided that the internal combustion engine is charged by means of an exhaust gas turbocharger, the internal combustion engine having a high pressure exhaust gas recirculation system which has an exhaust gas duct of the exhaust system downstream of an outlet of the internal combustion engine and upstream of a turbine of the exhaust gas turbocharger with an intake duct of an air supply system of the internal combustion engine downstream of a compressor of the exhaust gas turbocharger and upstream of an inlet of the internal combustion engine, the high pressure exhaust gas recirculation having an exhaust gas recirculation duct in which an exhaust gas recirculation cooler line and an exhaust gas recirculation valve are arranged. In this case, the raw emissions of the internal combustion engine, in particular the nitrogen oxide emissions, can be reduced by a cooled exhaust gas recirculation via the high pressure exhaust gas recirculation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasanlage des Diesel-Hybrid-Antriebs ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage in Strömungsrichtung eines Abgasstroms durch einen Abgaskanal der Abgasanlage ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein SCR-Katalysator und stromabwärts des SCR-Katalysators ein Partikelfilter angeordnet ist. Durch die Verwendung eines SCR-Katalysators und eines Partikelfilters anstelle eines Partikelfilters mit einer SCR-Beschichtung können beide Abgasnachbehandlungskomponenten optimal auf ihre jeweilige Funktion abgestimmt werden und bezüglich dieser Funktion einen höheren Wirkungsgrad als ein Partikelfilter mit SCR-Beschichtung erreichen. Dadurch wird beispielsweise der Abgasgegendruck reduziert, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors sinkt. Auf die Verwendung eines zweiten SCR-Katalysators kann verzichtet werden, da der Verbrennungsmotor in einem eingeschränkten Kennfeldbereich betrieben wird und somit die übliche Spreizung der Abgastemperatur geringer ausfällt.In an advantageous embodiment of the exhaust system of the diesel hybrid drive, it is provided that an oxidation catalytic converter is arranged in the exhaust system in the flow direction of an exhaust gas flow through an exhaust gas duct of the exhaust system, an SCR catalytic converter downstream of the oxidation catalytic converter and a particle filter downstream of the SCR catalytic converter. By using an SCR catalytic converter and a particulate filter instead of a particulate filter with an SCR coating, both exhaust gas aftertreatment components can be optimally matched to their respective function and, with regard to this function, achieve a higher degree of efficiency than a particulate filter with an SCR coating. This reduces the exhaust gas back pressure, for example, which reduces the fuel consumption of the internal combustion engine. The use of a second SCR catalytic converter can be dispensed with, since the internal combustion engine is operated in a restricted map range and the usual spread of the exhaust gas temperature is therefore lower.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Diesel-Hybrid-Antriebs ist vorgesehen, dass stromabwärts eines Partikelfilters eine Niederdruckabgasrückführung aus einem Abgaskanal der Abgasanlage abzweigt, welche die Abgasanlage stromabwärts einer Turbine des Abgasturboladers mit dem Ansaugkanal des Luftversorgungssystems stromabwärts einer Drosselklappe und stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers verbindet. Durch eine Niederdruckabgasrückführung kann die Abgasrückführungsrate weiter erhöht werden, wodurch sich die Stickoxidrohemissionen des Verbrennungsmotors weiter verringern lassen.In an advantageous further development of the diesel hybrid drive, it is provided that downstream of a particle filter a low-pressure exhaust gas recirculation branches off from an exhaust duct of the exhaust system, which connects the exhaust system downstream of a turbine of the exhaust gas turbocharger with the intake duct of the air supply system, downstream of a throttle valve and upstream of a compressor of the exhaust gas turbocharger. The exhaust gas recirculation rate can be increased further by means of a low-pressure exhaust gas recirculation, as a result of which the raw nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine can be further reduced.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Diesel-Hybrid-Antrieb, bei welchem der Verbrennungsmotor mit einem Generator koppelbar und mit einer Abgasanlage verbunden ist;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage für einen Diesel-Hybrid-Antrieb;
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage für einen Diesel-Hybrid-Antrieb; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Diesel-Hybrid-Antrieb.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function are identified by the same reference numbers in the different figures. Show it:
  • 1 a motor vehicle with a diesel hybrid drive, in which the internal combustion engine can be coupled to a generator and is connected to an exhaust system;
  • 2 an embodiment for an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system for a diesel hybrid drive;
  • 3 a further embodiment for an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system for a diesel hybrid drive; and
  • 4th a flowchart for performing a method according to the invention for operating a motor vehicle with a diesel hybrid drive.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Diesel-Hybrid-Antrieb. Der Diesel-Hybrid-Antrieb umfasst einen Verbrennungsmotor 10, einen Generator 72, eine Batterie 74 und einen elektrischen Antriebsmotor 76. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Brennräume 12 auf, an denen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Auslass 18 auf, über welchen der Verbrennungsmotor 10 mit einer Abgasanlage 40 verbunden ist. 1 shows an embodiment for a motor vehicle 1 with a diesel hybrid drive. The diesel hybrid drive comprises an internal combustion engine 10 , a generator 72 , a battery 74 and an electric drive motor 76 . The internal combustion engine 10 has several combustion chambers 12th on each of which has a fuel injector 14th for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12th is arranged. The internal combustion engine 10 has an outlet 18th on what the internal combustion engine 10 with an exhaust system 40 connected is.

Der Verbrennungsmotor 10 ist über eine Kupplung 84 mit einem Generator 72 verbindbar, um die Batterie 74 des Diesel-Hybrid-Antriebs aufzuladen oder die E-Maschine direkt mit dem Strom zu versorgen. Ferner kann der Diesel-Hybrid-Antrieb als Plug-In-Hybrid 82 ausgeführt sein, sodass die Batterie 74 zusätzlich über einen Fahrzeug-externen Lademechanismus, insbesondere ein Ladekabel, aufgeladen werden kann. Alternativ ist es möglich, dass die Batterie 74 durch eine induktive Ladestation ausgeladen wird. Die Batterie 74 ist mit einem elektrischen Antriebsmotor 76 verbunden, welcher die Räder einer Antriebsachse 78 des Kraftfahrzeugs 1 antreibt. Der elektrische Antriebsmotor 76 und der Verbrennungsmotor 10 können die gleiche Achse des Kraftfahrzeugs 1 antreiben. Alternativ können der Verbrennungsmotor 10 und der elektrische Antriebsmotor 76 auch jeweils eine Achse des Kraftfahrzeugs antreiben, wodurch auf einfache Art und Weise ein Allradantrieb ausgebildet werden kann. Bei dem Hauptausführung geht man davon aus, dass der Verbrennungsmotor nur als Stromerzeuger arbeitet. Der Diesel-Hybrid-Antrieb ist über ein Steuergerät 80 steuerbar, welches insbesondere das Zu- und Abschalten des Verbrennungsmotors 10 oder des elektrischen Antriebsmotors 76 steuert.The internal combustion engine 10 is about a clutch 84 with a generator 72 connectable to the battery 74 of the diesel hybrid drive or to supply the electric machine directly with electricity. The diesel hybrid drive can also be used as a plug-in hybrid 82 run so that the battery 74 can additionally be charged via a vehicle-external charging mechanism, in particular a charging cable. Alternatively it is possible that the battery 74 is discharged by an inductive charging station. The battery 74 is with an electric drive motor 76 connected, which is the wheels of a drive axle 78 of the motor vehicle 1 drives. The electric drive motor 76 and the internal combustion engine 10 can use the same axle of the motor vehicle 1 drive. Alternatively, the internal combustion engine 10 and the electric drive motor 76 also each drive an axle of the motor vehicle, whereby an all-wheel drive can be formed in a simple manner. In the main version, it is assumed that the internal combustion engine only works as a generator. The diesel hybrid drive is via a control unit 80 controllable, which in particular the connection and disconnection of the internal combustion engine 10 or the electric drive motor 76 controls.

In 2 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Luftversorgungssystem 20 und einer Abgasanlage 40 für einen solchen Diesel-Hybrid-Antrieb offenbart. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 16 mit einem Luftversorgungssystem 20 und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 20 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 40 geöffnet oder verschlossen werden kann.In 2 Figure 3 is a schematic representation of an internal combustion engine 10 with an air supply system 20th and an exhaust system 40 disclosed for such a diesel hybrid drive. The internal combustion engine 10 is in this embodiment a direct injection diesel engine and has several combustion chambers 12th on. At the combustion chambers 12th is a fuel injector each 14th for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12th arranged. The internal combustion engine 10 is with his inlet 16 with an air supply system 20th and with its outlet 18th with an exhaust system 40 connected. At the combustion chambers 12th inlet valves and outlet valves are arranged, with which a fluidic connection from the air supply system 20th to the combustion chambers 12th or from the combustion chambers 12th to the exhaust system 40 can be opened or closed.

Das Luftversorgungssystem 20 umfasst einen Ansaugkanal 22, in welcher in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal 22 eine Drosselklappe 24 und stromabwärts der Drosselklappe 24 ein Verdichter 28 eines Abgasturboladers 26 angeordnet sind. Stromabwärts des Verdichters 28 und stromaufwärts des Einlasses 16 mündet eine Abgasrückführungsleitung 32 einer Hochdruck-Abgasrückführung 30 an einer Einmündung 38 in den Ansaugkanal 22.The air supply system 20th includes an intake duct 22nd , in which in the direction of flow of fresh air through the intake duct 22nd a throttle 24 and downstream of the throttle 24 a compressor 28 of an exhaust gas turbocharger 26th are arranged. Downstream of the compressor 28 and upstream of the inlet 16 opens an exhaust gas recirculation line 32 a high pressure exhaust gas recirculation 30th at a confluence 38 in the intake duct 22nd .

Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 42 eine Turbine 44 des Abgasturboladers 26 angeordnet ist, welche den Verdichter 28 im Luftversorgungssystem 20 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 26 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 26 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 44 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 44 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 44 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 44 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein Oxidationskatalysator 46, stromabwärts des Oxidationskatalysators 46 ein SCR-Katalysator 48 und stromabwärts des SCR-Katalysators 48 ein Partikelfilter 50 angeordnet. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 46 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 48 ist an dem Abgaskanal 42 ein Dosierventil 52 angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal 42 eingebracht werden kann. Stromabwärts des Dosierventils 52 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 48 kann ein Abgasmischer 54 angeordnet sein, um die Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu verbessern.The exhaust system 40 includes an exhaust duct 42 , in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the exhaust duct 42 a turbine 44 of the exhaust gas turbocharger 26th is arranged, which the compressor 28 in the air supply system 20th drives over a shaft. The exhaust gas turbocharger 26th is preferably used as an exhaust gas turbocharger 26th designed with variable turbine geometry. To do this are a turbine wheel of the turbine 44 adjustable guide vanes are connected upstream, via which the flow of the exhaust gas onto the blades of the turbine 44 can be varied. Downstream of the turbine 44 are several exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 intended. This is immediately downstream of the turbine 44 the first component of exhaust gas aftertreatment is an oxidation catalytic converter 46 , downstream of the oxidation catalyst 46 an SCR catalytic converter 48 and downstream of the SCR catalyst 48 a particulate filter 50 arranged. Downstream of the oxidation catalyst 46 and upstream of the SCR catalyst 48 is on the exhaust duct 42 a metering valve 52 arranged, with which a reducing agent, in particular an aqueous urea solution, into the exhaust duct 42 can be introduced. Downstream of the metering valve 52 and upstream of the SCR catalyst 48 can be an exhaust mixer 54 be arranged to the mixing of the reducing agent with the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 to improve.

Der Verbrennungsmotor 10 umfasst eine Hochdruck-Abgasrückführung 30 mit einer Abgasrückführungsleitung 32, in welcher ein Abgasrückführungsventil 34 und ein Abgasrückführungskühler 36 angeordnet sind. Über die Hochdruck-Abgasrückführung 30 kann ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 aus dem Abgaskanal 42 stromabwärts des Auslasses 18 und stromaufwärts der Turbine 44 in den Ansaugkanal 22 stromabwärts des Verdichters 28 und stromaufwärts des Einlasses 16 zurückgeführt werden. Dazu zweigt die Abgasrückführungsleitung 32 an einer Verzweigung 58 stromabwärts des Auslasses 18 und stromaufwärts der Turbine 44 aus dem Abgaskanal 42 ab und mündet an einer Einmündung 38 stromabwärts des Verdichters 28 und stromaufwärts des Einlasses 16 in den Ansaugkanal. Der Oxidationskatalysator 46 kann einen in 3 dargestellten elektrisch beheizbaren Katalysator 56 umfassen, welcher einlassseitig am Oxidationskatalysator 46 angeordnet ist oder dem Oxidationskatalysator 46 in Strömungsrichtung vorgeschaltet ist.The internal combustion engine 10 includes high pressure exhaust gas recirculation 30th with an exhaust gas recirculation line 32 , in which a Exhaust gas recirculation valve 34 and an exhaust gas recirculation cooler 36 are arranged. Via the high pressure exhaust gas recirculation 30th can be an exhaust gas flow from the internal combustion engine 10 from the exhaust duct 42 downstream of the outlet 18th and upstream of the turbine 44 in the intake duct 22nd downstream of the compressor 28 and upstream of the inlet 16 to be led back. The exhaust gas recirculation line branches off for this purpose 32 at a branch 58 downstream of the outlet 18th and upstream of the turbine 44 from the exhaust duct 42 and opens at a confluence 38 downstream of the compressor 28 and upstream of the inlet 16 in the intake duct. The oxidation catalyst 46 can one in 3 illustrated electrically heatable catalyst 56 include, which is on the inlet side of the oxidation catalytic converter 46 is arranged or the oxidation catalyst 46 is connected upstream in the direction of flow.

Im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wird ein Teilstrom des Abgases über die Hochdruck-Abgasrückführung 30 in den Ansaugkanal 22 zurückgeführt. Dadurch wird der Massenstrom des durch die Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50 nachzubehandelnden Abgases so gering wie möglich gehalten. Als erste katalytisch wirksame Abgasnachbehandlungskomponente oxidiert der Oxidationskatalysator 46 Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlenstoffdioxid. Dadurch wird der negative Einfluss des unverbrannten Kohlenwasserstoffs auf die SCR-Funktion reduziert und die Schadstoffe werden effektiv und effizient verringert. Die SCR-Funktion und die Partikelfilterfunktion werden in zwei separaten Bauteilen verwirklicht. Dabei ist der SCR-Katalysator 48 dem Partikelfilter 50 in Strömungsrichtung vorgeschaltet. Somit ergeben sich keine negativen Auswirkungen auf die SCR-Funktion durch eine Regeneration des Partikelfilters 50. Ferner kann die Effizienz des SCR-Katalysators 48 gesteigert werden, da eine größere katalytisch wirksame Oberfläche und/oder eine geringere thermische Masse realisiert werden kann. Die zur Regeneration des Partikelfilters 50 erforderliche Temperatur kann durch ein Ankuppeln des Generators 72 über die Kupplung 84 und eine damit verbundene Einstellung eines optimalen Lastpunktes des Verbrennungsmotors 10 zum Aufheizen des Partikelfilters 50 erfolgen. Durch den elektrisch beheizbaren Katalysator 56 kann das Aufheizen des Oxidationskatalysators 46 nach einem Start des Verbrennungsmotors 10 beschleunigt werden. Alternativ kann ein Vorheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50 in einem rein elektrischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen, bevor der Verbrennungsmotor 10 zugeschaltet wird.During the operation of the internal combustion engine 10 is a partial flow of the exhaust gas via the high pressure exhaust gas recirculation 30th in the intake duct 22nd returned. This increases the mass flow rate through the exhaust gas aftertreatment components 46 , 48 , 50 Exhaust gas to be post-treated is kept as low as possible. The oxidation catalytic converter is the first catalytically active exhaust gas aftertreatment component to oxidize 46 Carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC) to carbon dioxide. This reduces the negative influence of the unburned hydrocarbon on the SCR function and the pollutants are effectively and efficiently reduced. The SCR function and the particle filter function are implemented in two separate components. Here is the SCR catalytic converter 48 the particle filter 50 upstream in the direction of flow. This means that there are no negative effects on the SCR function through regeneration of the particulate filter 50 . Furthermore, the efficiency of the SCR catalytic converter 48 can be increased, since a larger catalytically active surface and / or a lower thermal mass can be realized. The one for regeneration of the particle filter 50 required temperature can be achieved by coupling the generator 72 about the clutch 84 and an associated setting of an optimal load point of the internal combustion engine 10 to heat up the particle filter 50 respectively. Thanks to the electrically heated catalytic converter 56 can heat up the oxidation catalyst 46 after starting the internal combustion engine 10 be accelerated. Alternatively, the exhaust gas aftertreatment components can be preheated 46 , 48 , 50 in a purely electric driving mode of the motor vehicle 1 take place before the internal combustion engine 10 is switched on.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 für einen Diesel-Hybrid-Antrieb dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 2 ausgeführt, weist der Verbrennungsmotor 10 zusätzlich eine Niederdruck-Abgasrückführung 60 auf, welche den Abgaskanal 42 stromabwärts des Partikelfilters 50 mit dem Ansaugkanal 42 stromabwärts der Drosselklappe 24 und stromaufwärts des Verdichters 28 verbindet. Die Niederdruck-Abgasrückführung 60 weist eine Abgasrückführungsleitung 64 auf, welche an einer Verzweigung 62 aus dem Abgaskanal 42 abzweigt und an einer Einmündung 70 in den Ansaugkanal 22 einmündet. In der Abgasrückführungsleitung 64 sind ein Abgasrückführungskühler 66 und ein Abgasrückführungsventil 68 angeordnet. Der Oxidationskatalysator 46 kann einen elektrisch beheizbaren Katalysator 56 umfassen, welcher einlassseitig am Oxidationskatalysator 46 angeordnet ist oder dem Oxidationskatalysator 46 in Strömungsrichtung vorgeschaltet ist.In 3 is another embodiment for an internal combustion engine 10 shown for a diesel hybrid drive. With essentially the same structure as to 2 running, the internal combustion engine 10 In addition, a low-pressure exhaust gas recirculation 60 on which the exhaust duct 42 downstream of the particulate filter 50 with the intake duct 42 downstream of the throttle 24 and upstream of the compressor 28 connects. The low-pressure exhaust gas recirculation 60 has an exhaust gas recirculation line 64 on which at a branch 62 from the exhaust duct 42 branches off and at a confluence 70 in the intake duct 22nd joins. In the exhaust gas recirculation line 64 are an exhaust gas recirculation cooler 66 and an exhaust gas recirculation valve 68 arranged. The oxidation catalyst 46 can use an electrically heated catalytic converter 56 include, which is on the inlet side of the oxidation catalytic converter 46 is arranged or the oxidation catalyst 46 is connected upstream in the direction of flow.

Durch die Niederdruck-Abgasrückführung 60 kann die Abgasrückführungsrate für den Verbrennungsmotor 10 weiter erhöht werden. Somit können die Stickoxidrohemissionen weiter abgesenkt werden. Auf ein zweites SCR-System kann verzichtet werden, da der Verbrennungsmotor 10 in einem Diesel-Hybrid-Antrieb in einem eingeschränkten Kennfeldbereich betrieben wird und somit die Abgastemperaturen in einem Bereich liegen, in dem eine effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen durch den SCR-Katalysator 48 gewährleistet ist.Through the low pressure exhaust gas recirculation 60 can be the exhaust gas recirculation rate for the internal combustion engine 10 can be further increased. In this way, the raw nitrogen oxide emissions can be reduced further. There is no need for a second SCR system because the internal combustion engine 10 in a diesel hybrid drive is operated in a restricted map area and thus the exhaust gas temperatures are in a range in which an efficient conversion of the nitrogen oxide emissions by the SCR catalytic converter 48 is guaranteed.

In 4 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Diesel-Hybrid-Antrieb dargestellt. In einem Verfahrensschritt <100> wird der Ladestatus SOC der Batterie 74 geprüft und mit einem Schwellenwert SOCmin für einen minimal zulässigen Ladestatus verglichen. Der Schwellenwert SOCmin ist dabei so festgelegt, dass immer eine ausreichende Batteriereserve vorgehalten wird, um ein emissionsoptimales Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50 durchführen zu können. Dabei erfolgt der Start des Kraftfahrzeugs 1 bei kaltem Verbrennungsmotor 10 in einem Verfahrensschritt <110> zunächst durch einen rein elektrischen Antrieb über den elektrischen Antriebsmotor 76. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 10 auch ausschließlich zur Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors 76 dienen, ohne eine mechanische Verbindung mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 1 aufzuweisen.In 4th FIG. 3 is a flow chart for performing a method for operating a motor vehicle 1 shown with a diesel hybrid drive. In a method step <100>, the charging status SOC of the battery becomes 74 checked and compared with a threshold value SOC min for a minimum permissible charge status. The threshold value SOC min is set in such a way that a sufficient battery reserve is always available in order to heat the exhaust gas aftertreatment components with optimum emissions 46 , 48 , 50 to be able to perform. The motor vehicle is then started 1 when the internal combustion engine is cold 10 in a method step <110> initially by a purely electric drive via the electric drive motor 76 . Alternatively, the internal combustion engine 10 also exclusively for the power supply of the electric drive motor 76 serve without a mechanical connection to the drive train of the motor vehicle 1 to have.

Unterschreitet die Batterie 74 bei einem elektrischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 diesen Schwellenwert SOCmin, so ist es erforderlich, den Verbrennungsmotor 10 zuzuschalten. Der Verbrennungsmotor 10 wird zum Aufheizen der Abgasanlage 40 in einem Verfahrensschritt <120> gestartet und über die Kupplung 84 mit dem Generator 72 verbunden. Dabei bleibt der Verbrennungsmotor 10 zunächst vom Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 1 getrennt, sodass der Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 weiterhin rein elektrisch erfolgt. Über den Generator 72 wird in einem Verfahrensschritt <130> ein quasi-stationärer Lastpunkt des Verbrennungsmotors 10 eingestellt, welcher optimal bezüglich der Rohemissionen des Verbrennungsmotors 10 und dem Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50 in der Abgasanlage 40 ist.If the battery falls below 74 when the motor vehicle is being driven electrically 1 this threshold SOC min , it is necessary to control the internal combustion engine 10 to switch on. The internal combustion engine 10 is used to heat up the exhaust system 40 started in a method step <120> and via the clutch 84 with the generator 72 connected. The internal combustion engine remains 10 initially from the drive train of the motor vehicle 1 separated so that the drive of the motor vehicle 1 continues to be purely electrical. About the generator 72 becomes a quasi-stationary load point of the internal combustion engine in a method step <130> 10 which is optimal with regard to the raw emissions of the internal combustion engine 10 and heating up the exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 in the exhaust system 40 is.

Erreichen der Oxidationskatalysator 46 und der SCR-Katalysator 48 jeweils ihre Light-Off-Temperatur TLO, ab welcher eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 möglich ist, so wird in einem Verfahrensschritt <140> ein Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 angefahren, an welchem die Batterie 74 des Diesel-Hybrid-Antriebs durch den Generator 72 geladen wird oder der elektrische Antriebsmotor 76 durch den Generator 72 betrieben werden kann. Haben die Abgasanlage 40 bzw. die in der Abgasanlage 40 angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50 ihre Betriebstemperatur TB erreicht und die Batterie 74 eine definierte Mindestladung erreicht, so kann der Diesel-Hybrid-Antrieb in einem Verfahrensschritt <150> vollständig freigegeben werden, wobei der Antrieb wahlweise durch den Verbrennungsmotor 10, durch den elektrischen Antriebsmotor 76 oder beide Motoren 10, 76 erfolgt.Reaching the oxidation catalyst 46 and the SCR catalytic converter 48 each their light-off temperature T LO , from which an efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 is possible, an operating point of the internal combustion engine is set in a method step <140> 10 approached to which the battery 74 of the diesel hybrid drive by the generator 72 is charged or the electric drive motor 76 by the generator 72 can be operated. Have the exhaust system 40 or in the exhaust system 40 arranged exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 reaches its operating temperature T B and the battery 74 When a defined minimum charge is reached, the diesel hybrid drive can be fully enabled in a method step <150>, with the drive optionally being provided by the internal combustion engine 10 , by the electric drive motor 76 or both engines 10 , 76 he follows.

Sollte die Batterie 74 den Schwellenwert SOCmin unterschritten haben, sodass ein rein elektrischer Fahrbetrieb nicht möglich ist oder eine definierte Leistungsreserve unterschritten wird, so wird die Leistung des Diesel-Hybrid-Antriebs begrenzt und es erfolgt ein Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Verbrennungsmotor 10, der über den Generator 72 den nötigen Strom erzeugt. Die maximale Leistung während dieser Begrenzung richtet sich nach dem optimalen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 in Hinblick auf seine Rohemissionen und das Aufheizverhalten der Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50. Diese Begrenzung wird aufgehoben, sobald die Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50 ihre Betriebstemperatur TB bzw. die jeweilige Light-Off-Temperatur TLO) erreicht haben.Should the battery 74 have fallen below the threshold value SOC min , so that a purely electric driving operation is not possible or a defined power reserve is undershot, the power of the diesel hybrid drive is limited and the motor vehicle is driven by the internal combustion engine 10 that is about the generator 72 generates the necessary electricity. The maximum power during this limitation depends on the optimal operating point of the internal combustion engine 10 with regard to its raw emissions and the heating behavior of the exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 . This limitation is lifted as soon as the exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 have reached their operating temperature T B or the respective light-off temperature T LO ).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Kraftfahrzeug Motor vehicle
1010
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th
BrennraumCombustion chamber
1414th
KraftstoffinjektorFuel injector
1616
Einlassinlet
1818th
Auslass Outlet
2020th
LuftversorgungssystemAir supply system
2222nd
AnsaugkanalIntake duct
2424
Drosselklappethrottle
2626th
AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
2828
Verdichter compressor
3030th
Hochdruck-AbgasrückführungHigh pressure exhaust gas recirculation
3232
AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
3434
AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
3636
AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
3838
Einmündung Confluence
4040
AbgasanlageExhaust system
4242
AbgaskanalExhaust duct
4444
Turbineturbine
4646
OxidationskatalysatorOxidation catalyst
4848
SCR-Katalysator SCR catalytic converter
5050
PartikelfilterParticle filter
5252
DosierventilDosing valve
5454
AbgasmischerExhaust mixer
5656
elektrisch beheizbarer Katalysatorelectrically heated catalytic converter
5858
erste Verzweigung first branch
6060
Niederdruck-AbgasrückführungLow pressure exhaust gas recirculation
6262
zweite Verzweigungsecond branch
6464
AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
6666
AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
6868
Abgasrückführungsventil Exhaust gas recirculation valve
7070
EinmündungConfluence
7272
Generatorgenerator
7474
Batteriebattery
7676
elektrischer Antriebsmotorelectric drive motor
7878
Antriebsachse Drive axle
8080
SteuergerätControl unit
8282
Plug-In-HybridPlug-in hybrid
8484
Kupplungcoupling

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1) mit einem Diesel-Hydrid-Antrieb, umfassend einen Verbrennungsmotor (10), einen elektrischen Antriebsmotor (76), eine Batterie (74) und einen Generator (72), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit dem Generator (72) koppelbar ist, um die Batterie (74) aufzuladen, wobei der elektrische Antriebsmotor (76) durch die Batterie (74) mit Strom versorgt wird, wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, in welcher ein Oxidationskatalysator (46), ein SCR-Katalysator (48) und ein Partikelfilter (50) angeordnet sind, umfassend folgende Schritte: - Ermitteln eines Ladezustands (SOC) der Batterie (76), - Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50), wenn die Batterie (74) einen Schwellenwert (SOCmin) für den Ladezustand unterschreitet, wobei der Verbrennungsmotor (10) an den Generator (72) angekoppelt wird, - der Verbrennungsmotor (10) mit einem in Bezug auf die Rohemissionen und/oder das Aufheizverhalten der Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) idealen, quasi-stationären Betriebspunkt betrieben wird, solange die Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) noch nicht ihre Betriebstemperatur (TLO) erreicht haben, - Laden der Batterie (74), wenn die Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) ihre Betriebstemperatur (TLO) erreicht haben.A method for operating a motor vehicle (1) with a diesel hydride drive, comprising an internal combustion engine (10), an electric drive motor (76), a battery (74) and a generator (72), the internal combustion engine (10) being connected to the Generator (72) can be coupled in order to charge the battery (74), the electric drive motor (76) being supplied with power by the battery (74), the internal combustion engine (10) having its outlet (18) with an exhaust system (40 ) is connected, in which an oxidation catalytic converter (46), an SCR catalytic converter (48) and a particle filter (50) are arranged, comprising the following steps: Determination of a state of charge (SOC) of the battery (76), heating of the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) when the battery (74) falls below a threshold value (SOC min ) for the state of charge, the internal combustion engine (10) to the generator (72) is coupled, - the internal combustion engine (10) is operated with an ideal, quasi-stationary operating point with regard to the raw emissions and / or the heating behavior of the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) as long as the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) have not yet reached their operating temperature (T LO ), - charging the battery (74) when the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) have reached their operating temperature (T LO ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Verbrennungsmotors (10) begrenzt wird, solange die Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) noch nicht ihre Betriebstemperatur (TLO) erreicht haben.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the power of the internal combustion engine (10) is limited as long as the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) have not yet reached their operating temperature (T LO ). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Leistung des Verbrennungsmotors (10) aufgehoben wird, sobald die Abgasnachbehandlungskomponenten (46, 48, 50) ihre Betriebstemperatur erreicht haben.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the limitation of the power of the internal combustion engine (10) is lifted as soon as the exhaust gas aftertreatment components (46, 48, 50) have reached their operating temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass bei einer dynamischen Lastanforderung während des quasi stationären Betriebs des Verbrennungsmotors (10) die zusätzliche Leistung durch die Batterie (74) zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of the Claims 1 to 3 that in the event of a dynamic load requirement during the quasi-stationary operation of the internal combustion engine (10), the additional power is made available by the battery (74). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeuges (1) mit einem solchen Diesel-Hybrid-Antrieb der Antrieb ausschließlich durch den elektrischen Antriebsmotor (76) erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that during a cold start of a motor vehicle (1) with such a diesel hybrid drive, the drive is carried out exclusively by the electric drive motor (76). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Regeneration des Partikelfilters (50) das Aufheizen des Partikelfilters (50) durch eine Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors (10) erfolgt, wobei durch den Generator (72) eine zusätzliche Last aufgebracht wird, um die Abgastemperatur (TEG) zu erhöhen.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that when the particle filter (50) is regenerated, the particle filter (50) is heated by shifting the load point of the internal combustion engine (10), with the generator (72) applying an additional load to increase the exhaust gas temperature (T EG ) to increase. Diesel-Hybrid-Antrieb (10, 76) umfassend einen Verbrennungsmotor (10) und einen elektrischen Antriebsmotor (76) sowie eine Batterie (74) und einen Generator (72), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit dem Generator (72) koppelbar ist, um die Batterie (74) aufzuladen, wobei der elektrische Antriebsmotor (76) durch die Batterie (74) mit Strom versorgt wird, wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, in welcher ein Oxidationskatalysator (46), ein SCR-Katalysator (48) und ein Partikelfilter (50) angeordnet sind, sowie mit einem Steuergerät (80), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät (80) ausgeführt wird.Diesel hybrid drive (10, 76) comprising an internal combustion engine (10) and an electric drive motor (76) as well as a battery (74) and a generator (72), wherein the internal combustion engine (10) can be coupled to the generator (72) to charge the battery (74), the electric drive motor (76) being supplied with power by the battery (74), the internal combustion engine (10) having its outlet (18) connected to an exhaust system (40) in which an oxidation catalytic converter (46), an SCR catalytic converter (48) and a particle filter (50) are arranged, and with a control unit (80) which is set up to implement a method according to one of the Claims 1 to 6th to be carried out when a machine-readable program code is executed by the control device (80). Diesel-Hybrid-Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) mittels eines Abgasturboladers (26) aufgeladen ist, wobei der Verbrennungsmotor (10) ein Hochdruck-Abgasrückführung (30) aufweist, welche einen Abgaskanal (42) der Abgasanlage (40) stromabwärts eines Auslasses (18) des Verbrennungsmotors (10) und stromaufwärts einer Turbine (44) des Abgasturboladers (26) mit einem Ansaugkanal (22) eines Luftversorgungssystems (20) des Verbrennungsmotors (10) stromabwärts eines Verdichters (28) des Abgasturboladers (26) und stromaufwärts eines Einlasses (16) des Verbrennungsmotors (10) verbindet, wobei die Hochdruck-Abgasrückführung (30) eine Abgasrückführungsleitung (32) aufweist, in welchem ein Abgasrückführungskühler (36) und ein Abgasrückführungsventil (34) angeordnet sind.Diesel hybrid drive after Claim 7 , characterized in that the internal combustion engine (10) is charged by means of an exhaust gas turbocharger (26), the internal combustion engine (10) having a high-pressure exhaust gas recirculation (30), which has an exhaust gas duct (42) of the exhaust system (40) downstream of an outlet (18 ) of the internal combustion engine (10) and upstream of a turbine (44) of the exhaust gas turbocharger (26) with an intake duct (22) of an air supply system (20) of the internal combustion engine (10) downstream of a compressor (28) of the exhaust gas turbocharger (26) and upstream of an inlet ( 16) of the internal combustion engine (10), the high-pressure exhaust gas recirculation (30) having an exhaust gas recirculation line (32) in which an exhaust gas recirculation cooler (36) and an exhaust gas recirculation valve (34) are arranged. Diesel-Hybrid-Antrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (40) in Strömungsrichtung eines Abgasstroms durch einen Abgaskanal (42) der Abgasanlage ein Oxidationskatalysator (46), stromabwärts des Oxidationskatalysators (46) ein SCR-Katalysator (48) und stromabwärts des SCR-Katalysators (48) ein Partikelfilter (50) angeordnet ist.Diesel hybrid drive after Claim 7 or 8th , characterized in that in the exhaust system (40) in the flow direction of an exhaust gas flow through an exhaust duct (42) of the exhaust system, an oxidation catalytic converter (46), downstream of the oxidation catalytic converter (46) an SCR catalytic converter (48) and downstream of the SCR catalytic converter (48) ) a particle filter (50) is arranged. Diesel-Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts eines Partikelfilters (50) eine Niederdruck-Abgasrückführung aus einem Abgaskanal (42) der Abgaskanal (42) abzweigt, welche die Abgasanlage (40) stromabwärts einer Turbine (44) des Abgasturboladers (26) mit dem Ansaugkanal (22) des Luftversorgungssystems (20) stromabwärts einer Drosselklappe (24) und stromaufwärts eines Verdichters (28) des Abgasturboladers (26) verbindet.Diesel hybrid drive according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that downstream of a particle filter (50) a low-pressure exhaust gas recirculation branches off from an exhaust gas duct (42) of the exhaust gas duct (42), which branches off the exhaust system (40) downstream of a turbine (44) of the exhaust gas turbocharger (26) with the intake duct (22 ) connects the air supply system (20) downstream of a throttle valve (24) and upstream of a compressor (28) of the exhaust gas turbocharger (26).
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