DE102021109520A1 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einem Anfahren sowie Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einem Anfahren sowie ein Fahrzeug. Das Fahrzeug weist ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors auf, wobei nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine der Antriebsstrang in einem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei in diesem ersten Betriebszustand die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, das Abgasnachbehandlungssystem durch die Verbrennungskraftmaschine aufgeheizt wird und eine Anfahrsperre aktiv ist, wobei die in dem ersten Betriebszustand aktive Anfahrsperre ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine verhindert, wobei nach einem Erreichen eines vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems der Antriebsstrang in einem zweiten Betriebszustand betrieben wird, wobei in dem zweiten Betriebszustand die Anfahrsperre inaktiv ist, sodass in dem zweiten Betriebszustand ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einem Anfahren sowie ein Fahrzeug.
  • Insbesondere unter dem Aspekt der Erfüllung zukünftiger Emissionsanforderungen an Kraftfahrzeugen ist es notwendig, Betriebszustände eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Betriebszustände eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Verbrennungskraftfahrzeugs, in denen hohe Abgasemissionen auftreten, zu vermeiden. Insbesondere während der Aufheizphase eines Abgasnachbehandlungssystems, somit einer Phase, in dem das Abgasnachbehandlungssystem noch nicht seine volle Wirkung entfalten kann, treten hohe Emissionen, sogenannte Kaltemissionen, auf. Die Höhe der Kaltemission hängt dabei stark von der Kundenfahrweise und der Aufheizleistung des Abgasnachbehandlungssystems ab. Derartige Kaltemissionen treten insbesondere bei einem ersten Anfahren des Fahrzeugs nach dem erstmaligen Start einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs auf, da bei diesem erstmaligen Anfahren bzw. der erstmaligen Abfahrt nach einem längeren Stillstand des Kraftfahrzeugs das Abgasnachbehandlungssystem eine Temperatur aufweist, die geringer ist als die eigentliche Betriebstemperatur bzw. das Betriebstemperaturfenster des Abgasnachbehandlungssystems, wobei das Abgasnachbehandlungssystem erst bei der Betriebstemperatur seine volle oder zumindest akzeptable Wirkung entfaltet. Somit treten unterhalb der Betriebstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems Abgase mit einer höheren Belastung an schädlichen Stoffen aus dem Abgasnachbehandlungssystem aus.
  • Aus der DE 11 2011 104 708 B4 ist ein Hybridfahrzeug bekannt, welches eine Verbrennungskraftmaschine und einen Katalysator aufweist. In dieser Druckschrift ist ein Verfahren zum Betreiben des Hybridfahrzeugs beschrieben, wobei bei einem bei kalter Brennkraftmaschine erfolgenden Erststart ein zumindest elektrisches Anfahren des Hybridfahrzeugs erfolgt und vor, mit oder nach dem Anfahren die Brennkraftmaschine gestartet und in einem von vom Elektrobetrieb der elektrischen Maschine separierten Verbrennungsbetrieb zum Aufheizen des Katalysators betrieben wird.
  • Ferner ist aus der DE 10 2009 027 642 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs beschrieben, wobei bei einem bei kalter Brennkraftmaschine erfolgenden Erststart des Hybridantriebs ein zumindest elektrisches Anfahren des Hybridfahrzeugs erfolgt und dass vor, mit oder nach dem Anfahren die Brennkraftmaschine gestartet und in einem vom Elektrobetrieb der elektrischen Maschine separierten Verbrennungsbetrieb zum Aufheizen des Katalysators betrieben wird.
  • Die DE 10 2009 027 641 A1 und die DE 103 33 210 A1 bilden weiteren Stand der Technik.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Fahrzeug bereitzustellen, das sich durch besonders niedrige Emissionen bei einem Anfahren bzw. Abfahren auszeichnet. Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bei einer Kaltabfahrt, somit einer Abfahrt bei kalter Verbrennungskraftmaschine.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie ein Fahrzeug, das die Merkmale des Patentanspruchs 9 aufweist, gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einem Anfahren des Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors auf, wobei nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine der Antriebsstrang in einem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei in diesem ersten Betriebszustand die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf betrieben wird. Das Abgasnachbehandlungssystem wird durch die Verbrennungskraftmaschine aufgeheizt, insbesondere durch deren Abgase aufgeheizt. In diesem ersten Betriebszustand ist eine Anfahrsperre aktiv, wobei die in dem ersten Betriebszustand aktive Anfahrsperre ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine verhindert. Dementsprechend ist ein Anfahren des Fahrzeugs bzw. eine Abfahrt des Fahrzeugs nicht möglich. Die Anfahrsperre kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass bei aktiver Anfahrsperre ein Einlegen eines Gangs durch den Führer des Kraftfahrzeugs nicht möglich ist.
  • Nach einem Erreichen eines vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere einer vorgegebenen Betriebstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems, wird der Antriebsstrang in einem zweiten Betriebszustand betrieben, wobei in dem zweiten Betriebszustand die Anfahrsperre inaktiv ist, sodass in dem zweiten Betriebszustand ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit sicher, dass nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine zunächst das Abgasnachbehandlungssystem einen vordefinierten Zustand, insbesondere eine vordefinierte Temperatur, erreicht, sodass der Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems erhöht ist. Während dieser Zeit kann unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine mit dem Fahrzeug nicht angefahren werden, wodurch eine mit hohen Emissionen einhergehende hohe Leistungsanforderung an die Verbrennungskraftmaschine zwecks Anfahren des Fahrzeugs vermieden wird.
  • Ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine ist erst im zweiten Betriebszustand, somit in einem Zustand, in dem das Abgasnachbehandlungssystem den notwendigen Wirkungsgrad erreicht hat, möglich. Dadurch werden hohe Emissionen aufgrund eines Anfahrens bei wirkungsreduziertem Abgasnachbehandlungssystem vermieden.
  • Es ist durchaus denkbar, dass in dem ersten Betriebszustand eine Drehzahl des Verbrennungsmotors durch den Führer des Fahrzeugs nicht beeinflusst werden kann, beispielsweise ein Herunterdrücken des Gaspedals nicht zu einer Erhöhung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine führt.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Abgasnachbehandlungssystem elektrisch beheizbar ist, insbesondere einen elektrisch beheizbaren Katalysator aufweist, wobei vor dem Starten der Verbrennungskraftmaschine das Abgasnachbehandlungssystem elektrisch aufgeheizt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Abgasnachbehandlungssystem bereits eine erhöhte Betriebstemperatur aufweist, bevor Abgas der Verbrennungskraftmaschine in das Abgasnachbehandlungssystem gelangt. Ferner beschleunigt sich dadurch das Aufheizen des Abgasnachbehandlungssystems und somit wird der zweite Betriebszustand des Antriebsstrangs schneller erreicht. Es ist durchaus denkbar, dass zudem ein Trägermassenstrom in das Abgasnachbehandlungssystem eingebracht wird, um die beim elektrischen Heizen entstehende Wärme im Abgasnachbehandlungssystem zu verteilen.
  • Es wird ferner als vorteilhaft angesehen, wenn erst nach dem Erreichen des zweiten vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems der Verbrennungsmotor gestartet werden kann oder gestartet wird.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebszustand eine von dem Fahrer anforderbare Maximalleistung des Verbrennungsmotors auf einen Wert unterhalb der maximal möglichen Leistung des Verbrennungsmotors begrenzt ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der vordefinierte Zustand des Abgasnachbehandlungssystems zwar ausreichend ist, um hohe Emissionen beim Anfahren zu vermeiden, allerdings der Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems durch weiteres Aufwärmen des Abgasnachbehandlungssystems noch weiter gesteigert werden kann. Durch die Begrenzung der von dem Fahrer anforderbaren Maximalleistung auf einen Wert unterhalb des maximal möglichen Leistungswerts des Verbrennungsmotors werden hohe Emissionen aufgrund einer hohen Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors vermieden. Es ist durchaus denkbar, dass die von dem Fahrer anforderbare Maximalleistung des Verbrennungsmotors in dem zweiten Betriebszustand mit der Zeit stetig zunimmt.
  • Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die von dem Fahrer anforderbare Maximalleistung abhängig ist von dem Zustand des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere nach einem Erreichen eines weiteren vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems von dem Fahrer die maximal mögliche Leistung des Verbrennungsmotors angefordert werden kann.
  • Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn der Zustand des Abgasnachbehandlungssystems anhand der Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere anhand der Temperatur eines Katalysators, bestimmt wird.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Fahrzeug einen Elektromotor aufweist, wobei unabhängig vom Zustand des Abgasnachbehandlungssystems ein Anfahren unter Verwendung des Elektromotors möglich ist.
  • Es ist aber auch durchaus denkbar, dass der Antriebsstrang neben der Verbrennungskraftmaschine keine weiteren Antriebsaggregate aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insofern um einen reinen Verbrenner.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist insbesondere geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines oder mehrerer der vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens. Das Fahrzeug weist einen Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine auf, wobei das Fahrzeug ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors und ferner eine Steuereinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, dass nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine der Antriebsstrang in einem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei in diesem ersten Betriebszustand die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, das Abgasnachbehandlungssystem durch die Verbrennungskraftmaschine aufgeheizt wird und eine Anfahrsperre aktiv ist, wobei die in dem ersten Betriebszustand aktive Anfahrsperre ein Anfahren des Fahrzeugs unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine verhindert. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, dass nach einem Erreichen eines vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems der Antriebsstrang in einem zweiten Betriebszustand betrieben wird, wobei in dem zweiten Betriebszustand die Anfahrsperre inaktiv ist, sodass in dem zweiten Betriebszustand ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass das Fahrzeug Anzeigemittel zum Anzeigen des Betriebszustands des Antriebsstrangs und/oder des Zustands der Anfahrsperre und/oder der anforderbaren Maximalleistung aufweist.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
  • Es zeigt:
    • 1 ein Diagramm zum Vergleich von unterschiedlichen Arten des Anfahrens.
  • Die 1 zeigt exemplarisch unterschiedliche Leistungskurven bei unterschiedlichen Arten des Anfahrens eines Fahrzeugs nach einem Starten einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs. Die Kurve mit dem Bezugszeichen 1 zeigt eine Leistungskurve bei einem sportlichen Anfahren. Die Kurve 2 zeigt eine Obergrenze bei emissionskonformem Anfahren. Die Kurve 3 zeigt eine Leistungskurve bei einem Anfahren gemäß Prüfzyklus des WLTC (Worldwide harmonized Light duty Test Cycle). Die Kurve mit dem Bezugszeichen 4 zeigt eine Leistungskurve bei erfindungsgemäßem Anfahren.
  • Der Flächenbereich des Diagramms gemäß 1 oberhalb der Kurve 2 entspricht einem Bereich mit hohen Emissionen und der Bereich unterhalb der Kurve 2 entspricht einem Bereich mit niedrigen Emissionen. Dementsprechend ist eine Leistungskurve in dem Bereich unterhalb der Kurve 2 hinsichtlich der Emissionen als vorteilhaft anzusehen.
  • Bei einem sportlichen Anfahren, somit einem Anfahren bereits kurz nach dem Motorstart unter Anforderung einer recht hohen Motorleistung, ist das Abgasnachbehandlungssystem noch nicht auf der notwendigen Temperatur, sodass die Abgasnachbehandlung vergleichsweise schlecht bzw. unvollständig ist, sodass es bei einem sportlichen Abfahren gemäß der Kurve 1 zu einem erhöhten Ausstoß von schädlichen Emissionen kommt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine der Antriebsstrang in einem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei in diesem ersten Betriebszustand die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf betrieben wird. Dementsprechend wird das Abgasnachbehandlungssystem durch die Verbrennungskraftmaschine in diesem ersten Betriebszustand aufgeheizt, wobei aufgrund des Leerlaufs nur geringe Abgasmengen in das Abgasnachbehandlungssystem gelangen, sodass das Abgasnachbehandlungssystem diese Abgase in ausreichendem Maße behandeln kann. In diesem ersten Betriebszustand ist eine Anfahrsperre aktiv, sodass ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine verhindert ist.
  • Bei dem vorliegenden exemplarischen Beispiel gemäß der 1 wird der Antriebsstrang in dem ersten Zeitintervall 5 nach dem Start des Motors, somit ab dem Zeitpunkt 0 bis zu dem Zeitpunkt von ungefähr 6 Sekunden, in dem ersten Betriebszustand betrieben. Daran schließt sich ein zweites Zeitintervall 6 an, wobei der Antriebsstrang in diesem Zeitintervall in einem zweiten Betriebszustand betrieben wird, wobei in dem zweiten Betriebszustand die Anfahrsperre inaktiv ist, sodass in dem zweiten Betriebszustand, somit ab dem Zeitpunkt von ungefähr 6 Sekunden nach dem Motorstart, ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
  • Ferner ist in dem zweiten Betriebszustand, somit in dem zweiten Zeitintervall 6, eine von dem Fahrer anforderbare Maximalleistung des Verbrennungsmotors auf einen Wert unterhalb der maximal möglichen Leistung des Verbrennungsmotors begrenzt. Dadurch kann ein weiteres Aufheizen des Abgasnachbehandlungssystems erfolgen, um den Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems zu steigern. Die von dem Fahrer anforderbare Maximalleistung des Verbrennungsmotors wird im Bereich des zweiten Zeitintervalls 6 stetig gesteigert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungskurve bei sportlichem Anfahren
    2
    Obergrenze bei emissionskonformen Anfahren
    3
    Leistungskurve bei Anfahren gemäß WLTC
    4
    Leistungskurve bei erfindungsgemäßem Anfahren
    5
    erstes Zeitintervall
    6
    zweites Zeitintervall
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102009027641 A1 [0005]
    • DE 10333210 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einem Anfahren, wobei das Fahrzeug ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors, wobei nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine der Antriebsstrang in einem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei in diesem ersten Betriebszustand die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, das Abgasnachbehandlungssystem durch die Verbrennungskraftmaschine aufgeheizt wird und eine Anfahrsperre aktiv ist, wobei die in dem ersten Betriebszustand aktive Anfahrsperre ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine verhindert, wobei nach einem Erreichen eines vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems der Antriebsstrang in einem zweiten Betriebszustand betrieben wird, wobei in dem zweiten Betriebszustand die Anfahrsperre inaktiv ist, sodass in dem zweiten Betriebszustand ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abgasnachbehandlungssystem elektrisch beheizbar ist, insbesondere einen elektrisch beheizbaren Katalysator aufweist, wobei vor dem Starten der Verbrennungskraftmaschine das Abgasnachbehandlungssystem elektrisch aufgeheizt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei erst nach dem Erreichen eines weiteren vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems der Verbrennungsmotor gestartet werden kann.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem zweiten Betriebszustand eine von dem Fahrer anforderbare Maximalleistung des Verbrennungsmotors auf einen Wert unterhalb der maximal möglichen Leistung des Verbrennungsmotors begrenzt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die von dem Fahrer anforderbare Maximalleistung abhängig ist vom Zustand des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere nach einem Erreichen eines weiteren vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems von dem Fahrer die maximal mögliche Leistung des Verbrennungsmotors angefordert werden kann.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Zustand des Abgasnachbehandlungssystems anhand der Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Fahrzeug einen Elektromotor aufweist, wobei unabhängig vom Zustand des Abgasnachbehandlungssystems ein Anfahren unter Verwendung des Elektromotos möglich ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Antriebsstrang neben der Verbrennungskraftmaschine keine weiteren Antriebsaggregate aufweist.
  9. Fahrzeug, insbesondere Fahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend einen Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Fahrzeug ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors aufweist, ferner aufweisend eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, dass nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine der Antriebsstrang in einem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei in diesem ersten Betriebszustand die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, das Abgasnachbehandlungssystem durch die Verbrennungskraftmaschine aufgeheizt wird und eine Anfahrsperre aktiv ist, wobei die in dem ersten Betriebszustand aktive Anfahrsperre ein Anfahren des Fahrzeugs unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine verhindert, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, dass nach einem Erreichen eines vordefinierten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems der Antriebsstrang in einem zweiten Betriebszustand betrieben wird, wobei in dem zweiten Betriebszustand die Anfahrsperre inaktiv ist, sodass in dem zweiten Betriebszustand ein Anfahren unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Fahrzeug Anzeigemittel zum Anzeigen des Betriebszustands des Antriebsstrangs und/oder des Zustands der Anfahrsperre und/oder der anforderbaren Maximalleistung aufweist.
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