EP3701136A1 - Steuereinrichtung zum ansteuern eines verbrennungsmotors und verfahren zum erwärmen einer abgasreinigungseinrichtung - Google Patents

Steuereinrichtung zum ansteuern eines verbrennungsmotors und verfahren zum erwärmen einer abgasreinigungseinrichtung

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EP3701136A1
EP3701136A1 EP18773417.3A EP18773417A EP3701136A1 EP 3701136 A1 EP3701136 A1 EP 3701136A1 EP 18773417 A EP18773417 A EP 18773417A EP 3701136 A1 EP3701136 A1 EP 3701136A1
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EP
European Patent Office
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fluid
temperature
combustion engine
internal combustion
control device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18773417.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nikita Peters
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine in a towing mode to maintain or bring an exhaust gas purification device connected downstream of the internal combustion engine at an operating temperature, and to a method for heating an exhaust gas purification device.
  • an internal combustion engine is usually followed by an exhaust gas purification system which removes impurities, such as NO x or Ru ß, from the exhaust gas emitted by the internal combustion engine.
  • This exhaust gas purification device must have a minimum temperature for proper operation. In a normal operation of the internal combustion engine, this temperature is basically given, but the internal combustion engine is held in a towed state for a long time, for example, in a longer downhill or, in the case of a hybrid drive, using an electric machine, the temperature of the exhaust gas purification device can decrease so far or be so low that an exhaust gas purification is not possible. It has therefore been proposed, for example in DE 19720381, to bring the exhaust gas purification device by means of an additional heating element to the required operating temperature during operation of an emission-free drive unit, such as an electric machine, and before the start of the internal combustion engine.
  • a disadvantage of this external and additional heating element is that additional electrical energy must be applied to the heating element and a space for the heating element must be provided.
  • Object of the present invention is therefore to provide a way to keep an exhaust gas purification device to operating temperature or bring without an additional heating system must be provided and without polluting the environment by excessive emissions of the exhaust gas.
  • a control device for controlling an internal combustion engine with at least one cylinder-piston unit in a drag mode which serves to bring or to maintain an exhaust gas purification device assigned to the internal combustion engine to an operating temperature.
  • a piston movement of the cylinder-piston unit is induced via a movement of an output unit, in particular an output shaft, assigned to the internal combustion engine.
  • an output unit in particular an output shaft
  • Such a towing mode for example, by special driving conditions, such as a downhill or the removal of the foot of the accelerator arise.
  • the piston is moved purely by the transmitted from the wheels to the output shaft rotational movement, provided that the internal combustion engine is coupled to the output shaft.
  • such a towing mode can be achieved if, for example, in a purely electric driving, in which an electric machine transmits a torque to the wheels of the vehicle, the engine is not decoupled from the electric machine by means of a coupling device, but remains coupled, so that Torque of the electric machine is transmitted not only to the wheels, but also to the internal combustion engine. Again, the movement of the piston is induced by the rotational movement of the output shaft.
  • each cylinder piston unit of the internal combustion engine has an intake valve to supply an intake fluid into the cylinder.
  • This inlet fluid may be pure air or an air-fuel mixture depending on the design of the engine.
  • the cylinder-piston unit to an exhaust valve, which is an outlet fluid in the Transfer exhaust purification device.
  • this outlet fluid is the exhaust gas, that is to say the combustion gases after the fuel combustion has taken place in the cylinder-piston unit.
  • fuel may be introduced by means of a fuel injector directly into the inlet fluid upstream or downstream of the inlet valve. The control of intake valve and exhaust valve and the fuel injection into the intake fluid is controlled by the controller.
  • the exhaust gas purifier may be a three-way catalyst, a particulate filter, a catalytic coated particulate filter, a NOx trap catalyst, an SCR catalyst, an oxidation catalyst, or combinations thereof.
  • a particulate filter e.g., a particulate filter
  • a catalytic coated particulate filter e.g., a NOx trap catalyst
  • SCR catalyst e.g., a SCR catalyst
  • oxidation catalyst e.g., SCR catalyst
  • oxidation catalyst e.g., oxidation catalyst, or combinations thereof.
  • other and / or additional exhaust gas purification devices may be present.
  • this control device can be used both in pure combustion engines in the case of long downhill.
  • the use is particularly advantageous in hybrid powertrains, where an emission-free drive, such as an electric machine, provides for the towing mode of the vehicle.
  • an emission-free drive such as an electric machine
  • the exhaust gas purification device must be brought to operating temperature in order to avoid excessive emissions of pollutants.
  • a prognosis model stored, for example, in a memory unit belonging to the control device can be used. This prognosis model predicts a connection of the internal combustion engine based, for example, on a driving profile, on GPS data and / or traffic information data.
  • control device is further configured to control the exhaust valve such that the exhaust valve is opened when the piston is in a region of top dead center.
  • the fluid in the cylinder more precisely in the cylinder interior, has its highest compression and thus its highest heating and, when exhausted, can effectively heat the exhaust gas purifier.
  • the exhaust valve can also be opened at a different position than in the region of top dead center. While this may reduce the achievable temperature of the fluid in the cylinder, the achievable temperature is still high enough to allow heating of the exhaust gas purifier.
  • Reasons for opening the exhaust valve to another location may be due to hardware limitations, for example.
  • the control device controls the outlet valve in such a way that the outlet valve is opened when the heated outlet fluid has a desired or required temperature.
  • the exhaust valve can be opened, but it is also possible to let the piston pass through several strokes until the fluid in the cylinder has the appropriate temperature.
  • an exhaust gas recirculation (EGR) system may also be used to recirculate exhaust gas that has already been heated into an intake manifold of the internal combustion engine. Since then already heated fluid is introduced into the cylinder interior, the temperature can be significantly increased again.
  • the exhaust valve can also be controlled in such a way that instead of actuating the intake valve fresh, cold inlet fluid into the cylinder interior, the exhaust valve is opened during suction, so that the heated exhaust fluid is sucked back into the cylinder interior and there can be heated further.
  • a sensor may be provided in the cylinder which determines the temperature of the fluid.
  • the temperature model may further determine a temperature change based on the rotational speeds of the combustion engine, the temperatures of the intake fluid, the ambient ambient temperatures, and / or the number of piston strokes.
  • control device is further designed to enable a reactivation of the fuel injection and a transition of the valve control to normal operation only when the exhaust gas purification device has reached a certain minimum temperature, in particular its operating temperature. This can ensure that a "normal" engine operation or a connection of the internal combustion engine takes place only if a functioning exhaust gas cleaning is ensured. The reaching of the operating temperature can also be measured by a sensor.
  • the achievement of the corresponding operating temperature of the exhaust gas purification device can be estimated by the temperature profiles are determined on a test bench for a variety of operating parameters and stored in the temperature model.
  • the temperature model can also define when and under what conditions the exhaust gas purification device reaches its operating temperature.
  • aging-related operating temperature increases of the exhaust gas purification device can be taken into account by both the measuring sensors and the temperature model. This is particularly advantageous since, depending on the mileage or generally an aging state of the exhaust gas purification device increases its minimum operating temperature over time.
  • the use of the temperature model has the advantage that no additional units, such as temperature sensors, must be provided in the cylinder or the exhaust gas purification device, which interact with the control device.
  • the control device does not automatically control the fuel injection or the valves, as described above, in each detected towing mode, but first of all checks whether heating of the exhaust gas purification device is necessary at all. Such heating may be required, for example, if the combustion engine is connected by means of the above-mentioned prognosis model and / or if the temperature of the exhaust gas purification device is below the operating temperature. Whether the latter is the case can be determined by direct measurement with the probe or via the above-mentioned temperature model.
  • an additional heating element such as, for example, a heatable pane, an electrocatalyst or the like, can still be present upstream of the waste gas purification device.
  • a further aspect of the present invention relates to a hybrid drive system of a hybrid vehicle having an electric machine and an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is controlled by a control device as described above.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine in a hybrid drive train of a hybrid vehicle as described above, the method comprising the steps:
  • the temperature model or a combustion engine start-up prognosis model is used to check whether heating of the exhaust gas purification device is necessary.
  • the method has one of the following steps:
  • the method may advantageously comprise one of the following steps:
  • a computer program product which has a program code which is designed to cause a processor of the control unit to carry out the method explained above.
  • a computer program product such as a computer program means, for example, as a storage medium, such as memory card, USB stick, CD-ROM, DVD, or in the form of a downloadable file provided by a server in a network or delivered. This can be done, for example, in a wireless communication network by transmitting a corresponding one File with the computer program product or the computer program means done.
  • Fig. 1 schematic representations of two possible hybrid drive systems
  • Fig. 2 a schematic representation of an internal combustion engine with
  • Fig. 1 shows two different embodiments of a hybrid drive system 1, wherein in Fig. 1 a, an internal combustion engine 2 via a transmission 4 and a clutch device 6 with an output unit 8, in particular vehicle wheels 10, while an electric machine 12 with another pair of Vehicle wheels 14 is connected.
  • Fig. 1 a an internal combustion engine 2 via a transmission 4 and a clutch device 6 with an output unit 8, in particular vehicle wheels 10, while an electric machine 12 with another pair of Vehicle wheels 14 is connected.
  • the vehicle thus constructed on the one Wheel axle 16 is driven by the combustion engine 2, while it is driven on the other wheel axle 18 by means of an electric machine 12.
  • the electric machine 12 and the internal combustion engine 2 together provide for a drive of the vehicle 1, but it is also possible that only the electric machine 12 or the internal combustion engine 2 drive the vehicle.
  • Fig. 1 b shows an alternative embodiment of a vehicle with a hybrid drive, in which only one vehicle axle 16 is driven, while the other vehicle axle 18 only runs along.
  • the internal combustion engine 2 and the electric motor 12 can be connected to one another via the coupling unit 6 or can be separated from one another.
  • a combined operation of internal combustion engine 2 and electric motor 12 or a separate operation of only electric motor 12 or only internal combustion engine 2 can thus be provided.
  • other embodiments are possible.
  • the internal combustion engine 2 has, as usual, a plurality of cylinder piston units 20, one of which is schematically shown in FIG.
  • the cylinder-piston unit 20 or the internal combustion engine 2 is furthermore, as FIG. 2 shows, connected to an exhaust gas purification device 30.
  • an exhaust gas purification device also called catalyst, cleans the exhaust gases of the internal combustion engine 2 of pollutants, such as nitrogen oxides or soot.
  • the exhaust gas purification device 30 must have a certain operating temperature. This can also change with increasing age of the exhaust gas purification device 30.
  • the cylinder-piston unit 20 an inlet valve 32, an exhaust valve 34 and a fuel injection device 36, which cooperate in the rough principle such that air is introduced from an intake manifold 38 via the inlet valve 32 into the cylinder interior 28, there by means of fuel injection device 36 with Fuel is added, then ignited and the resulting during combustion exhaust gas is transferred via the exhaust valve 36 to the exhaust gas purification device 30.
  • the movement of the piston 24 is induced via the taking place in the interior 28 of the cylinder-piston unit 20 combustion and the concomitant expansion and pressure movement of the piston 24 downward.
  • the movement of the piston 24 is induced via, for example, the rotational movement of the wheels 10 or via the torque transmission of the electric machine 12.
  • the inventor has recognized that this induced movement of the piston 24 can be used to compress and thereby heat a fluid in the cylinder space 28 and deliver the heated fluid to the exhaust gas purifier 30 to heat it.
  • a control device 40 which controls both the inlet valve 32, and the exhaust valve 34 and the fuel injection device 36.
  • the intake valve 32, the exhaust valve 34 and the fuel injector 36 are common elements of the internal combustion engine 2 and, as mentioned above, are typically controlled by the controller 40 such that via the inlet valve 32 the inlet fluid 42 (eg, air) enters the working space 28 of the cylinders Piston unit 20 is introduced.
  • the intake fluid 42 may be an air-fuel mixture, with the fuel injector 36 disposed upstream of the valve 34 or, as in the case illustrated in FIG. 2, pure intake air introduced into the inner space 28 of the cylinder-piston unit 20 , and there is fuel added.
  • the resulting exhaust gas 44 is transferred via the outlet valve 34 into the exhaust gas purification system 30.
  • the control unit 40 controls the inlet valve 32, the exhaust valve 34th and the fuel injector 36 such that the fuel injection is deactivated, and a substantially fuel-free inlet fluid 42 is admitted via the inlet valve 32 into the interior space 28 of the cylinder-piston unit 20. There it is compressed by means of the drag-induced movement of the piston 24 and heated during this compression, so that the resulting heated fluid is transferred as heated exhaust fluid 44 through the exhaust valve 34 into the exhaust gas purifier 30.
  • the outlet valve 34 is controlled by the control device 40 such that it opens when the piston 24 is in a region of top dead center, that is, the fluid is in a state of high compression.
  • control device 40 can control the outlet valve 34 in such a way that the outlet valve 34 opens when the fluid in the cylinder interior 28 has reached a specific temperature TF.
  • This temperature TF can be determined, for example, via a temperature sensor 46 arranged in the cylinder interior.
  • control device 40 may be configured to enable fuel injection and normal operation of the intake and exhaust valves 32, 34 only when a temperature of the exhaust gas purification system T Ka t has reached a certain value. This temperature can also be measured, for example, via a temperature sensor 48 present in the exhaust gas purification device 30 and provided to the control device 40. Instead of the direct measurement of the temperatures in the cylinder interior 28 or in the exhaust gas purification system 30, the control device 40 may also be assigned a memory module 50, for example integrated in the control device 40, in which a temperature model of the fluid temperature T F , and / or the exhaust gas purification device temperature T Ka t is stored.
  • the temperature model can be determined, for example, via measurements on an engine test bench, in which the temperature profiles of the temperatures T F and T Ka t are measured for different operating parameters and engine settings.
  • the temperature model may be a multi-dimensional matrix including, for example, information about the temperature of the inlet fluid, the temperature of the environment, the speed of the towed motor, the volume flow of the outlet fluid, the temperature of the outlet fluid, and the temperature of the exhaust gas purification system.
  • a prognosis model can be stored in the control unit 50, which, for example based on GPS data and / or traffic information data, predicts a connection of the internal combustion engine and thus the need for an exhaust gas purification device to operating temperature.
  • the controller 40 may determine when at a given temperature of the inlet fluid T E F, a given temperature of the outlet fluid T F , a given volume flow of the outlet fluid VF, and / or a given engine speed n is an operating temperature T K at the exhaust gas purification device is reached.
  • FIG. 3 is a time-temperature diagram, wherein the temperature of the catalyst T Ka t over the time t is plotted.
  • FIG. 3 shows two temperature profiles I, II, which result, for example, at different output parameters.
  • the exhaust-gas purification device 30 is at its operating temperature T at, as soon as when using the parameters of the graph II.
  • the temperature increase of the catalyst T Ka t is essentially fundamentally dependent on the temperature of the outlet fluid T F.
  • Whose temperature T F can For example, in turn, the amount of compression, or the temperature of the inlet fluid, can be affected.
  • an exhaust gas recirculation system 52 (see Fig. 2) can be used to use already compressed and heated air as the inlet fluid, so that the heated air is compressed again and thus their temperature is further increased.
  • Another important parameter to increase the temperature of the catalyst is the frequency at which the heated air is provided to the catalyst. This can be regulated, for example, via the speed of the motor.
  • the air can also be kept in the cylinder interior for multiple piston strokes.
  • an exhaust gas purification device can be maintained at an operating temperature during a drag mode of the internal combustion engine or brought to the operating temperature without the need for an additional heating device. Thereby, a cost-saving and energy-saving heating of the exhaust gas purification device can be provided.

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Abstract

Steuereinrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit mindestens einer Zylinder-Kolbeneinheit in einem Schleppmodus, wobei in dem Schleppmodus eine Kolbenbewegung der Zylinder-Kolbeneinheit über eine Bewegung einer dem Verbrennungsmotor zugeordneten Abtriebseinheit, insbesondere einer Abtriebswelle, induziert ist, wobei die mindestens eine Zylinder-Kolbeneinheit jeweils ein Einlassventil aufweist, um ein Einlassfluid in einen Zylinderinnenraum zu liefern, und ein Auslassventil aufweist, um ein Auslassfluid aus dem Zylinderinnenraum in eine fluidisch mit dem Zylinder verbundene Abgasreinigungseinrichtung zu überführen, und wobei die Steuereinrichtung weiterhin das Einlassventil und das Auslassventil des mindestens einen Zylinders und eine Kraftstoffeinspritzung in das Einlassfluid steuert, wobei in dem Schleppmodus die Steuereinrichtung für eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung die Kraftstoffeinspritzung in das Einlassfluid deaktiviert, und das Einlass- und Auslassventil derart ansteuert, dass das im Wesentlichen kraftstofffreie Einlassfluid in den Zylinderinnenraum eingelassen wird, das Fluid in dem Zylinderinnenraum durch die Bewegung des Kolbens komprimiert und erwärmt wird und nach der Kompression als erwärmtes Auslassfluid durch das Auslassventil in das Abgasreinigungssystem überführt wird, sowie Verfahren zum Erwärmen einer Abgasreinigungseinrichtung durch Verwendung des durch Kompression in dem Schleppmodus erwärmten Fluids.

Description

Steuereinrichtung zum Ansteuern eines Verbrennungsmotors und Verfahren zum Erwärmen einer Abgasreinigungseinrichtung
Vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors in einem Schleppmodus, um eine dem Verbrennungsmotor nachgeschaltete Abgasreinigungseinrichtung auf einer Betriebstemperatur zu halten oder auf sie zu bringen, sowie ein Verfahren zum Erwärmen einer Abgasreinigungseinrichtung.
Um den Emissionsanforderungen für moderne Verbrennungsmotoren zu genügen, ist üblicherweise einem Verbrennungsmotor ein Abgasreinigungssystem nachgeschaltet, das Verunreinigungen, wie beispielsweise NOX oder Ru ß aus dem von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas entfernt. Diese Abgasreinigungseinrichtung muss für einen funktionsgerechten Betrieb eine Mindesttemperatur aufweisen. Bei einem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors ist diese Temperatur grundsätzlich gegeben, wird der Verbrennungsmotor jedoch längere Zeit in einem Schleppzustand gehalten, beispielsweise bei einer längeren Bergabfahrt oder, im Fall eines Hybridantriebs, bei Verwendung einer elektrischen Maschine, kann die Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung sich soweit verringern, bzw. so niedrig sein, dass eine Abgasreinigung nicht möglich ist. Es wurde deshalb beispielsweise in der DE 19720381 vorgeschlagen, bei einem Betrieb eines emissionsfreien Antriebsaggregats, wie beispielsweise einer elektrischen Maschine, und vor Zustart des Verbrennungsmotors die Abgasreinigungseinrichtung mittels eines zusätzlichen Heizelements auf die erforderliche Betriebstemperatur zu bringen.
Nachteilig an diesem externen und zusätzlichen Heizelement ist jedoch, dass zusätzliche elektrische Energie für das Heizelement aufgebracht werden muss und ein Bauraum für das Heizelement bereitgestellt werden muss. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Möglichkeit zu schaffen, eine Abgasreinigungseinrichtung auf Betriebstemperatur zu halten bzw. zu bringen, ohne dass ein zusätzliches Heizsystem vorgesehen werden muss und ohne die Umwelt durch exzessive Emissionen des Abgases zu belasten.
Dieser Aufgabe wird durch eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 1 , ein Hybridantriebssystem gemäß Anspruch 10 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 1 1 gelöst.
Im Folgenden wird eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit mindestens einer Zylinder-Kolbeneinheit in einem Schleppmodus vorgeschlagen, das dazu dient, eine dem Verbrennungsmotor zugeordnete Abgasreinigungseinrichtung auf eine Betriebstemperatur zu bringen bzw. auf ihr zu halten.
Dabei wird definitionsgemäß in einem Schleppmodus eine Kolbenbewegung der Zylinder-Kolbeneinheit über eine Bewegung einer dem Verbrennungsmotor zugeordneten Abtriebseinheit, insbesondere einer Abtriebswelle, induziert. Ein derartiger Schleppmodus kann beispielsweise durch besondere Fahrzustände, wie beispielsweise eine Bergabfahrt oder das Entfernen des Fußes vom Gaspedal entstehen. Dann wird der Kolben rein durch die von den Rädern auf die Abtriebswelle übertragene Drehbewegung bewegt, sofern der Verbrennungsmotor mit der Abtriebswelle gekoppelt ist. Ebenfalls kann ein solcher Schleppmodus erreicht werden, wenn beispielsweise bei einem rein elektrischen Fahren, bei dem eine elektrische Maschine ein Drehmoment auf die Räder des Fahrzeugs überträgt, der Verbrennungsmotor nicht von der elektrischen Maschine mittels einer Kupplungseinrichtung entkoppelt wird, sondern gekoppelt bleibt, so dass das Drehmoment der elektrischen Maschine nicht nur auf die Räder, sondern auch auf den Verbrennungsmotor übertragen wird. Auch hier wird die Bewegung der Kolben über die Drehbewegung der Abtriebswelle induziert.
Weiterhin weist jede Zylinder-Kolbeneinheit des Verbrennungsmotors ein Einlassventil auf, um ein Einlassfluid in den Zylinder zu liefern. Dieses Einlassfluid kann je nach Ausgestaltung des Motors reine Luft oder ein Luft- Kraftstoffgemisch sein. Weiterhin weist die Zylinder-Kolbeneinheit ein Auslassventil auf, das ein Auslassfluid in die Abgasreinigungseinrichtung überführt. Bei einem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors handelt es sich bei diesem Auslassfluid um das Abgas, also die Verbrennungsgase nach der erfolgten Kraftstoffverbrennung in der Zylinder- Kolbeneinheit. Wie oben erwähnt, kann Kraftstoff mittels einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung direkt in das Einlassfluid stromauf- oder stromabwärts des Einlassventils eingebracht werden. Die Steuerung von Einlassventil und Auslassventil und die Kraftstoffeinspritzung in das Einlassfluid wird über die Steuereinrichtung gesteuert.
Um eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung oder ein Halten der Abgasreinigungseinrichtung auf seiner Betriebstemperatur zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in dem Schleppmodus die Steuereinrichtung dazu zu veranlassen, die Kraftstoffeinspritzung in das Einlassfluid zu deaktivieren und das Einlass- und Auslassventil derart anzusteuern, dass das im Wesentlichen nun kraftstofffreie Einlassfluid, mit anderen Worten die angesaugte Luft, in den Zylinder eingelassen wird, durch die im Schleppmodus induzierte Bewegung des Kolbens komprimiert wird, durch die Kompression erwärmt wird, und nach der Kompression als erwärmtes Auslassfluid durch das Auslassventil in die Abgasreinigungseinrichtung überführt wird.
Wie aus der Technik der Dieselmotoren bekannt, kann durch die in dem Zylinder erfolgte Kompression, die Luft auf mehrere hundert Grad erwärmt werden, so dass ein derart erwärmtes Auslassfluid durchaus geeignet ist, die stromabwärts angeordnete Abgasreinigungseinrichtung auf ihre Betriebstemperatur zu erwärmen bzw. darauf zu halten.
Bei der Abgasreinigungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Dreiwegekatalysator, einen Partikelfilter, einen Partikelfilter mit katalytischer Beschichtung, einen NOx Speicherkatalysator, einen SCR Katalysator, einen Oxidationskatalysator oder Kombinationen davon handeln. Selbstverständlich können andere und/oder zusätzliche Abgasreinigungseinrichtungen als die genannten vorhanden sein.
Dabei kann diese Steuereinrichtung sowohl bei reinen Verbrennungsmotoren im Fall langer Bergabfahrten eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz bei Hybridantrieben, bei denen ein emissionsfreier Antrieb, wie beispielsweise eine elektrische Maschine für den Schleppmodus des Fahrzeugs sorgt. Bei derartigen Hybridantrieben besteht immer das Problem, dass vor einem Zuschalten des Verbrennungsmotors, die Abgasreinigungseinrichtung auf Betriebstemperatur gebracht werden muss, um eine exzessive Schadstoffemission zu vermeiden.
Um festzustellen, ob ein Zuschalten des Verbrennungsmotors in dem Hybridantrieb in der nächsten Zeit erfolgen wird, kann ein Prognosemodell verwendet werden, das beispielsweise in einer der Steuereinrichtung zugehörigen Speichereinheit abgespeichert ist. Dieses Prognosemodell prognostiziert dabei ein Zuschalten des Verbrennungsmotors basierend beispielsweise auf einem Fahrprofil, auf GPS Daten und/oder Verkehrsinformationsdaten.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung weiterhin dazu ausgelegt, das Auslassventil derart anzusteuern, dass das Auslassventil dann geöffnet wird, wenn der Kolben in einem Bereich des oberen Totpunkts ist. In einem Bereich des oberen Totpunkts hat das in dem Zylinder, genauer im Zylinderinnenraum, befindliche Fluid seine höchste Kompression und damit seine höchste Erwärmung und kann, wenn es ausgelassen wird, die Abgasreinigungseinrichtung effektiv erwärmen.
Dabei kann aber das Auslassventil auch an einer anderen Position als im Bereich des oberen Totpunkts geöffnet werden. Dies kann zwar die erreichbare Temperatur des Fluids in dem Zylinder verringern, die erreichbare Temperatur ist jedoch auch dann noch so hoch, dass eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung möglich ist. Gründe für eine Öffnung des Auslassventils an andere Stelle können beispielsweise durch Hardwarebeschränkungen gegeben sein.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung das Auslassventil derart ansteuert, dass das Auslassventil dann geöffnet wird, wenn das erwärmte Auslassfluid eine gewünschte bzw. geforderte Temperatur hat. So kann beispielsweise schon vor einer maximalen Kompression das Auslassventil geöffnet werden, es ist jedoch auch möglich, den Kolben mehrere Hübe durchfahren zu lassen, bis das im Zylinder befindliche Fluid die entsprechende Temperatur aufweist. Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann auch ein Abgasrückführsystem (EGR) verwendet werden, um bereits erwärmtes Auslassfluids in einen Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors zurückzuführen. Da dann bereits erwärmtes Fluid in den Zylinderinnenraum eingebracht wird, kann die Temperatur nochmals signifikant erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines Abgasrückführsystems kann auch das Auslassventil derart angesteuert werden, dass statt über Ansteuerung des Einlassventils frisches, kaltes Einlassfluid in den Zylinderinnenraum einzubringen, das Auslassventil beim Ansaugen geöffnet wird, so dass das erwärmte Auslassfluid zurück in den Zylinderinnenraum gesogen wird und dort weiter erwärmt werden kann.
Um die Temperatur des erwärmten Auslassfluids zu bestimmen, kann in dem Zylinder ein Messfühler vorgesehen sein, der die Temperatur des Fluids bestimmt.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Temperatur des erwärmten Auslassfluids lediglich abzuschätzen. Dazu können beispielsweise auf einem Motorprüfstand mehrere verschiedene Szenarien der Temperaturänderung des im Zylinderinnenraum befindlichen Fluids beim Komprimieren gemessen und in einem Temperaturmodell abgespeichert werden. Dieses Temperaturmodell kann dann in einer Speichervorrichtung, die mit der Steuereinrichtung zusammenwirkt, abgespeichert werden und aus dieser ausgelesen werden, so dass die Steuereinrichtung das Auslassventil dann öffnet, wenn das Temperaturmodell definiert, dass das erwärmte Fluid in dem Zylinder eine bestimmte bzw. gewünschte Temperatur hat. Dabei können in dem Temperaturmodell eine Vielzahl von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors bzw. des Antriebssystems allgemein abgespeichert sein. Insbesondere kann das Temperaturmodell weiterhin eine Temperaturänderung basierend auf den Drehzahlen des Verbrennungsmotos, den Temperaturen des Einlassfluids, den Umgebungsaußentemperaturen und/oder der Anzahl der Kolbenhübe bestimmen. All diese Parameter beeinflussen die für eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung benötigte Temperatur des Auslassfluids, die Erwärmungsrate, die mit einem Auslassfluid mit einer bestimmten Temperatur erreicht wird, und/oder die Temperatur des Auslassfluids zu einem bestimmten Zeitpunkt. Neben den genannten können selbstverständlich noch weitere Parameter berücksichtigt werden, die einen Einfluss auf das Temperaturmodell haben. Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung weiterhin dazu ausgelegt, eine Reaktivierung der Kraftstoffeinspritzung und einen Übergang der Ventilansteuerung in den Normalbetrieb erst dann zu ermöglichen, wenn die Abgasreinigungseinrichtung eine bestimmte Mindesttemperatur, insbesondere ihre Betriebstemperatur, erreicht hat. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein „normaler" Verbrennungsmotorbetrieb oder eine Zuschaltung des Verbrennungsmotors erst dann erfolgt, wenn eine funktionierende Abgasreinigung sichergestellt ist. Das Erreichen der Betriebstemperatur kann ebenfalls durch einen Messfühler gemessen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann aber auch das Erreichen der entsprechenden Betriebstemperatur der Abgasreinigungseinrichtung abgeschätzt werden, indem die Temperaturverläufe an einem Prüfstand für die verschiedensten Betriebsparameter bestimmt werden und in dem Temperaturmodell abgespeichert werden. Dadurch kann das Temperaturmodell auch definieren, wann und unter welchen Bedingungen die Abgasreinigungseinrichtung ihre Betriebstemperatur erreicht.
Weiterhin kann durch sowohl die Messfühler als auch durch das Temperaturmodell alterungsbedingten Betriebstemperaturerhöhungen der Abgasreinigungseinrichtung Rechnung getragen werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da sich abhängig von der Kilometerleistung bzw. allgemein eines Alterungszustands der Abgasreinigungseinrichtung ihre Mindestbetriebstemperatur im Lauf der Zeit erhöht.
Die Verwendung des Temperaturmodells hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Einheiten, wie beispielsweise Temperaturmessfühler, in dem Zylinder bzw. der Abgasreinigungseinrichtung vorgesehen werden müssen, die mit der Steuereinrichtung zusammenwirken.
Da das Temperaturmodell die Temperaturverläufe des Fluids im Zylinder bzw. des erwärmten Auslassfluids und/oder der Abgasreinigungseinrichtung für die verschiedensten Betriebszustände kartographiert, können sehr zuverlässige Aussagen über einen erreichten Temperaturzustand von sowohl dem Fluid als auch der Abgasreinigungseinrichtung allgemein getroffen werden. Ebenfalls ist vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung nicht automatisch bei jedem erkannten Schleppmodus die Kraftstoffeinspritzung bzw. die Ventile, wie oben beschrieben ansteuert, sondern vorab überprüft, ob eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung überhaupt erforderlich ist. Eine derartige Erwärmung kann beispielweise erforderlich sein, wenn mittels des oben erwähnten Prognosemodells ein Zuschalten des Verbrennungsmotors ansteht und/oder wenn die Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung unterhalb der Betriebstemperatur ist. Ob letzteres der Fall ist, kann über direkte Messung mit dem Messfühler oder über das oben erwähnte Temperaturmodell bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich nach wie vor ein zusätzliches Heizelement, wie beispielsweise eine beheizbare Scheibe, ein Elektrokatalysator o.ä., stromauf der Abgasreinigungseinrichtung vorhanden sein.
Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem eines Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor von einer Steuerungseinrichtung wie oben beschrieben angesteuert wird.
Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors in einem Hybridantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs wie oben beschrieben, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Schleppen des Verbrennungsmotors für eine von der elektrischen Maschine und/oder von einem Fahrzustand induzierte Bewegung des Kolbens;
- Deaktivieren einer Kraftstoffeinspritzung in das Einlassfluid;
- Einlassen eines im Wesentlichen kraftstofffeien Einlassfluids in den Zylinder;
- Komprimieren und dadurch Erwärmen des Fluids in dem Zylinder durch die induzierte Bewegung des Kolbens und dadurch Bereitstellen eines erwärmen Auslassfluids;
- Auslassen des erwärmten Auslassfluids in die Abgasreinigungseinrichtung und
- Erwärmen der Abgasreinigungseinrichtung mittels des erwärmten Auslassfluids. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn vor einem Ausführen des Verfahrens mittel des Temperaturmodells oder einem Verbrennungsmotorzustart-Prognosemodells überprüft wird, ob eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung nötig ist.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn das Verfahren einen der folgenden Schritte aufweist:
- Bereitstellen eines Temperaturmodells der Erwärmung des im Zylinder befindlichen Fluids im Schleppmodus durch Messung an einem Motorprüfstand;
- Speichern des Temperaturmodells in einer Speichervorrichtung im Fahrzeug;
- Auslesen des Temperaturmodells aus der Speichervorrichtung,
- Öffnen des Auslassventils und Auslassen des erwärmten Auslassfluids, wenn das Temperaturmodell definiert, dass das Fluid im Zylinder eine bestimmte Temperatur hat.
Zusätzlich kann das Verfahren vorteilhafterweise einen der folgenden Schritte aufweisen:
- Bereitstellen, in dem Temperaturmodell, eines Temperaturveränderungsprofils der Abgasreinigungseinrichtung basierend auf zumindest der Temperatur des erwärmten Auslassfluids, durch Messung auf dem Motorprüf stand;
- Reaktivieren der Kraftstoffeinspritzung und Ansteuern des Einlass- und Auslassventils entsprechend einem Normalbetrieb für den Verbrennungsmotor, wenn das Temperaturmodell definiert, dass die Abgasreinigungseinrichtung eine Betriebstemperatur erreicht hat.
Die für die vorgeschlagene Steuereinrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches einen Programmcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, auf einem Prozessor der Steuereinheit die Durchführung des oben erläuterten Verfahrens zu veranlassen.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen:
Fig. 1 : schematische Darstellungen von zwei möglichen Hybridantriebssystemen; Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit
Abgasreinigungseinrichtung; und
Fig. 3: ein schematische Darstellung eines Temperaturmodells
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt zwei verschiedene Ausgestaltungen eines Hybridantriebssystems 1 , wobei in Fig. 1 a ein Verbrennungsmotor 2 über ein Getriebe 4 und eine Kupplungseinrichtung 6 mit einer Abtriebseinheit 8, insbesondere Fahrzeugrädern 10, verbunden ist, während eine elektrische Maschine 12 mit einem anderen Paar von Fahrzeugrädern 14 verbunden ist. Dies bedeutet, dass das so aufgebaute Fahrzeug an der einen Radachse 16 mittels des Verbrennungsmotos 2 angetrieben ist, während es an der anderen Radachse 18 mittels einer elektrischen Maschine 12 angetrieben wird. Dabei kann die elektrische Maschine 12 und der Verbrennungsmotor 2 zusammen für einen Antrieb des Fahrzeugs 1 sorgen, es ist jedoch auch möglich, dass nur die elektrische Maschine 12 oder der Verbrennungsmotor 2 das Fahrzeug antreiben.
Fig. 1 b zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, bei dem nur eine Fahrzeugachse 16 angetrieben ist, während die andere Fahrzeugachse 18 lediglich mitläuft. In diesem Fall sind der Verbrennungsmotor 2 und der Elektromotor 12 über die Kupplungseinheit 6 miteinander verbindbar oder voneinander trennbar. Auch in diesem Fall kann somit ein kombinierter Betrieb von Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor 12 oder ein getrennter Betrieb von nur Elektromotor 12 oder nur Verbrennungsmotor 2 bereitgestellt werden. Selbstverständlich sind andere Ausgestaltungen möglich.
Der Verbrennungsmotor 2 weist wie üblich mehrere Zylinder-Kolbeneinheiten 20 auf, von denen schematisch eine in Fig. 2 gezeigt ist. Die Zylinder-Kolbeneinheit 20 bzw. der Verbrennungsmotor 2 ist weiterhin, wie Fig. 2 zeigt, mit einer Abgasreinigungseinrichtung 30 verbunden ist. Eine derartige Abgasreinigungseinrichtung, auch Katalysator genannt, reinigt die Abgase des Verbrennungsmotors 2 von Schadstoffen, wie beispielsweise Stickoxiden oder Ruß. Für eine effektive Abgasreinigung muss jedoch die Abgasreinigungseinrichtung 30 eine bestimmte Betriebstemperatur aufweisen. Diese kann sich zudem mit zunehmenden Alter der Abgasreinigungseinrichtung 30 ändern.
Bei einem Schleppmodus des Verbrennungsmotors 2, beispielsweise bei einer Bergabfahrt oder bei einem rein elektrischen Antrieb kann es jedoch vorkommen, dass die Betriebstemperatur der Abgasreinigungseinrichtung 30 nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Ebenfalls kann es bei Hybridantrieben, wie in Fig. 1 gezeigt, sein, dass, wenn der Verbrennungsmotor 2 zu dem Elektromotor 12 nach einer rein elektrischen Fahrt zugeschaltet werden soll, die Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung 30 nicht auf Betriebstemperatur ist, so dass in beiden Fällen keine effektive Abgasreinigung durchgeführt werden kann. Fig. 2 zeigt, wie erwähnt, schematisch eine Zylinder-Kolbeneinheit 20 eines Verbrennungsmotors 2, wobei die Zylinder-Kolbeneinheit 20 einen Zylinder 22 und einen darin beweglichen Kolben 24 aufweist, wobei der Kolben 24 wiederum mit einer Abtriebseinheit 8, insbesondere einer Getriebeeingangswelle 26, verbunden ist, um ein Drehmoment auf die Räder 10 zu übertragen. Weiterhin weist die Zylinder- Kolbeneinheit 20 ein Einlassventil 32, ein Auslassventil 34 und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 auf, die im groben Prinzip derart miteinander zusammenwirken, dass Luft aus einem Ansaugkrümmer 38 über das Einlassventil 32 in den Zylinderinnenraum 28 eingelassen wird, dort mittels Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 mit Kraftstoff versetzt wird, dann entzündet wird und das bei der Verbrennung entstehende Abgas über das Auslassventil 36 an die Abgasreinigungseinrichtung 30 überführt wird. Bei diesem normalen Betrieb wird die Bewegung des Kolbens 24 über die im Innenraum 28 der Zylinder-Kolbeneinheit 20 stattfindende Verbrennung und der damit einhergehenden Expansion und Druckbewegung des Kolbens 24 nach unten induziert. Während des oben erwähnten Schleppmodus jedoch wird die Bewegung des Kolbens 24 über beispielsweise die Drehbewegung der Räder 10 oder über die Drehmomentübertragung der elektrischen Maschine 12 induziert.
Dabei hat der Erfinder erkannt, dass diese induzierte Bewegung des Kolbens 24 dazu benutzt werden kann, ein Fluid in dem Zylinderraum 28 zu verdichten und dadurch zu erwärmen und das erwärmte Fluid an die Abgasreinigungseinrichtung 30 abzugeben, um diese zu erwärmen.
Um eine solche Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung 30 zu ermöglichen, wird weiterhin eine Steuereinrichtung 40 vorgeschlagen, die sowohl das Einlassventil 32, als auch das Auslassventil 34 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 ansteuert. Das Einlassventil 32, das Auslassventil 34 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 sind übliche Elemente des Verbrennungsmotors 2 und werden, wie oben erwähnt, von der Steuereinrichtung 40 üblicherweise so angesteuert, dass über das Einlassventil 32 das Einlassfluid 42 (z.B. Luft) in den Arbeitsraum 28 der Zylinder-Kolbeneinheit 20 eingebracht wird. Dabei kann das Einlassfluid 42 ein Luft-Kraftstoffgemisch sein, wobei dann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 stromauf des Ventils 34 angeordnet ist, oder wie in dem in Fig. 2 dargestellten Fall, reine angesaugte Luft, die in den Innenraum 28 der Zylinder-Kolbeneinheit 20 eingebracht wird, und dort mit Kraftstoff versetzt wird. Nach erfolgter Zündung des Luft- Kraf tstoff gern ischs im Kolbenzylinderinnenraum 28 wird das dadurch entstehende Abgas 44 über das Auslassventil 34 in das Abgasreinigungssystem 30 überführt.
Soll nun jedoch das Abgasreinigungssystem 30 erwärmt werden, beispielsweise weil die Temperatur TKat der Abgasreinigungseinrichtung 30 unter ihrer Betriebstemperatur TKat,soii liegt, oder weil ein Zustart des Verbrennungsmotors 2 wahrscheinlich ist, steuert die Steuereinheit 40 das Einlassventil 32, das Auslassventil 34 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 derart, dass die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert wird, und ein im Wesentlichen kraftstofffreies Einlassfluid 42 über das Einlassventil 32 in den Innenraum 28 der Zylinder-Kolbeneinheit 20 eingelassen wird. Dort wird es mittels der durch den Schleppbetrieb induzierten Bewegung des Kolbens 24 komprimiert und während dieser Komprimierung erwärmt, so dass das resultierende erwärmte Fluid als erwärmtes Auslassfluid 44 durch das Auslassventil 34 in die Abgasreinigungseinrichtung 30 überführt wird. Da bei dieser Kompression leicht Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius erreicht werden, ist eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung 30 problemlos möglich. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn das Auslassventil 34 derart von der Steuereinrichtung 40 angesteuert wird, dass es sich öffnet, wenn der Kolben 24 in einem Bereich des oberen Totpunkts ist, also das Fluid sich in einem Zustand hoher Kompression befindet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 40 das Auslassventil 34 derart ansteuern, dass sich das Auslassventil 34 dann öffnet, wenn das Fluid in dem Zylinderinnenraum 28 eine bestimmte Temperatur TF erreicht hat. Diese Temperatur TF kann beispielsweise über einen in dem Zylinderinnenraum angeordneten Temperaturfühler 46 bestimmt werden.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung 40 dazu ausgelegt sein, eine Kraftstoffeinspritzung und einen Normalbetrieb des Einlass- und Auslassventils 32, 34 erst dann zu ermöglichen, wenn eine Temperatur des Abgasreinigungssystems TKat einen bestimmten Wert erreicht hat. Auch diese Temperatur kann beispielsweise über einen in der Abgasreinigungseinrichtung 30 vorhandenen Temperaturfühler 48 gemessen werden und dem Steuergerät 40 bereitgestellt werden. Statt der direkten Messung der Temperaturen in dem Zylinderinnenraum 28 bzw. in dem Abgasreinigungssystem 30 kann der Steuereinrichtung 40 auch ein Speichermodul 50 zugeordnet sein, beispielsweise in der Steuereinrichtung 40 integriert sein, in dem ein Temperaturmodell der Fluidtemperatur TF, und/oder der Abgasreinigungseinrichtungstemperatur TKat abgespeichert ist. Dabei kann das Temperaturmodell beispielsweise über Messungen auf einem Motorprüfstand bestimmt werden, bei dem die Temperaturverläufe der Temperaturen TF und TKat für verschiedene Betriebsparameter und Motoreinstellungen gemessen werden. Dabei kann das Temperaturmodell beispielsweise eine mehrdimensionale Matrix sein, die beispielsweise Informationen über die Temperatur des Einlassfluids, die Temperatur der Umgebung, die Drehzahl des geschleppten Motors, den Volumenstrom des Auslassfluids, die Temperatur des Auslassfluids und die Temperatur des Abgasreinigungssystems enthält. Selbstverständlich können in der Matrix weitere Informationen über relevante Betriebsparameter enthalten sein. Weiterhin kann in der Steuereinheit 50 auch ein Prognosemodell abgespeichert sein, das beispielsweise basierend auf GPS Daten und/oder Verkehrsinformationsdaten ein Zuschalten des Verbrennungsmotors und damit die Notwendigkeit für eine Abgasreinigungseinrichtung auf Betriebstemperatur prognostiziert.
Anhand dieser mehrdimensionalen Parameter kann beispielsweise die Steuereinrichtung 40 feststellen, wann bei einer gegebenen Temperatur des Einlassfluids TEF, einer gegebener Temperatur des Auslassfluids TF, einem gegebenem Volumenstrom des Auslassfluids VF und/oder einer gegebener Motordrehzahl n eine Betriebstemperatur TKat,soii der Abgasreinigungseinrichtung erreicht ist.
Schematisch kann eine solche Relation beispielsweise über ein Diagramm, wie in Fig. 3 gezeigt, dargestellt werden. Das in Fig. 3 gezeigte Diagramm ist ein Zeit-Temperatur- Diagramm, wobei die Temperatur des Katalysators TKat über die Zeit t aufgetragen ist. Beispielhaft sind in Fig. 3 zwei Temperaturverläufe I, II gekennzeichnet, die sich beispielsweise bei unterschiedlichen Ausgangsparametern ergeben. Dabei sieht man, dass bei dem Temperaturverlauf I, die Abgasreinigungseinrichtung 30 schneller auf ihrer Betriebstemperatur T«at, soii ist, als bei Verwendung der Parameter des Graphen II.
Dabei ist die Temperaturerhöhung des Katalysators TKat grundsätzlich wesentlich von der Temperatur des Auslassfluids TF abhängig. Dessen Temperatur TF kann beispielsweise wiederum beeinflusst werden über die Stärke der Kompression, oder die Temperatur des Einlassfluids. Dabei kann auch ein Abgasrückgewinnungssystem 52 (siehe Fig. 2) dazu verwendet werden, bereits komprimierte und erwärmte Luft als Einlassfluid zu verwenden, so dass die erwärmte Luft nochmals komprimiert und damit ihre Temperatur weiter erhöht wird. Ein anderer wichtiger Parameter um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen, ist die Frequenz, mit der die erwärmte Luft dem Katalysator bereitgestellt ist. Dies kann beispielsweise über die Drehzahl des Motors geregelt werden. Statt ein Abgasrückführungssystem für die Rückführung von komprimierter erwärmter Luft zu verwenden, kann die Luft auch in dem Zylinderinnenraum für mehrere Kolbenhübe gehalten werden.
Insgesamt kann mit der vorgeschlagenen Steuereinrichtung, bzw. dem vorgeschlagenen Verfahren eine Abgasreinigungseinrichtung während eines Schleppmodus des Verbrennungsmotors auf einer Betriebstemperatur gehalten bzw. auf die Betriebstemperatur gebracht werden, ohne dass eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen werden muss. Dadurch kann ein kostensparendes und energiesparendes Erwärmungen der Abgasreinigungseinrichtung bereitgestellt werden.
Bezuqszeichen
1 Hybridantriebssystem
2 Verbrennungsmotor
4 Getriebe
6 Kupplungseinrichtung
8 Abtriebseinheit
10,14 Räder
12 Elektrische Maschine
16,18 Fahrzeugachsen
20 Zylinder-Kolbeneinheit
22 Zylinder
24 Kolben
26 Getriebeeingangswelle
28 Zylinderinnenraum
30 Abgasreinigungseinrichtung
32 Einlassventil
34 Auslassventil
36 Kraftstoffeinspritzung
38 Ansaugkrümmer
40 Steuereinrichtung
42 Einlassfluid
44 Auslassfluid
46, 48 Temperaturfühler
50 Speichervorrichtung
52 Abgasrückführsystem
TKat Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung
TKat, soii Betriebstemperatur der Abgasreinigungseinrichtung
TF Temperatur des Fluids im Zylinderinnenraum

Claims

Ansprüche:
1 . Steuereinrichtung (40) zum Steuern eines Verbrennungsmotors (2) mit mindestens einer Zylinder-Kolbeneinheit (20) in einem Schleppmodus, wobei in dem Schleppmodus eine Bewegung des Kolbens (24) in dem Zylinder (22) der Zylinder- Kolbeneinheit (20) über eine Bewegung einer dem Verbrennungsmotor (2) zugeordneten Abtriebseinheit (8), insbesondere einer Abtriebswelle, induziert ist, wobei die mindestens eine Zylinder-Kolbeneinheit (20) jeweils ein Einlassventil (32) aufweist, um ein Einlassfluid (42) in einen Zylinderinnenraum (28) zu liefern, und ein Auslassventil (34) aufweist, um ein Auslassfluid (44) aus dem Zylinderinnenraum (28) in eine fluidisch mit dem Zylinder (22) verbundene Abgasreinigungseinrichtung (30) zu überführen, und wobei die Steuereinrichtung (40) weiterhin das Einlassventil (32) und das Auslassventil (34) des mindestens einen Zylinders (22) und eine Kraftstoffeinspritzung (36) in das Einlassfluid (42) steuert,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Schleppmodus die Steuereinrichtung (40) für ein Erwärmen der Abgaseinigungseinrichtung die Kraftstoffeinspritzung in das Einlassfluid (42) deaktiviert, und das Einlass- und Auslassventil (32; 34) derart ansteuert, dass das im Wesentlichen kraftstofffreie Einlassfluid (42) in den Zylinderinnenraum (28) eingelassen wird, das Fluid in dem Zylinderinnenraum (28) durch die Bewegung des Kolbens (24) komprimiert und erwärmt wird, und nach der Kompression als erwärmtes Auslassfluid (44) durch das Auslassventil (34) in die Abgasreinigungseinrichtung (30) überführt wird.
2. Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 1 , wobei der Verbrennungsmotor (2) Teil eines Hybridantriebs (1 ) mit einer elektrischen Maschine (12), wobei in dem Schleppmodus eine Kolbenbewegung durch ein von der elektrischen Maschine (12) auf die Abtriebswelle (8) übertragenes Drehmoment und/oder durch eine Fahrzustandsbedingte Bewegung der Abtriebswelle (8) induziert ist.
3. Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (40) das Auslassventil (34) derart ansteuert, dass das Auslassventil (34) dann geöffnet wird, wenn der Kolben (24) in einem Bereich des oberen Totpunkts ist.
4. Steuereinrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (40) das Auslassventil (34) derart ansteuert, dass das Auslassventil (34) dann geöffnet wird, wenn das Fluid in dem Zylinderinnenraum (28) eine geforderte Temperatur (TF) hat.
5. Steuereinrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin eine Speichervorrichtung (50) vorgesehen ist, die mit der Steuereinrichtung (40) zusammenwirkt, und in der ein Temperaturmodell des Fluids in dem Zylinderinnenraum (28) im Schleppmodus abgespeichert ist, und die Steuereinrichtung (40) das Temperaturmodell in einem Schleppmodus ausliest und das Auslassventil (34) derart ansteuert, dass das Auslassventil (34) geöffnet wird, wenn das Temperaturmodell des Fluids definiert, dass das Fluid in dem Zylinderinnenraum (28) eine bestimmte Temperatur (TF) hat.
6. Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 5, wobei das Temperaturmodell weiterhin Daten über eine Drehzahl des geschleppten Verbrennungsmotors, eine Temperatur des Einlassfluids, eine Umgebungsau ßentemperatur und/oder eine Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung umfasst.
7. Steuereinrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu ausgelegt ist, erst dann die Kraftstoffeinspritzung in das Einlassfluid (42) zu deaktivieren, und das Einlass- und Auslassventil (32; 34) für eine Erwärmung der Abgasreinigungseinrichtung (30) anzusteuern,
wenn die Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung (TKat) unter einer Betriebstemperatur (TKat,soii) liegt, insbesondere, wenn der Messfühler und/oder das Temperaturmodell bestimmen, dass die Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung (TKat) unter einer Betriebstemperatur (TKat,soii) liegt, und/oder
wenn das Steuergerät feststellt, insbesondere mittels eines in der Speichereinrichtung gespeicherten Prognosemodells für ein Zuschalten des Verbrennungsmotors (2), dass ein Starten des Verbrennungsmotors (2) erforderlich ist.
8. Steuereinrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin die Steuereinrichtung (40) die Kraftstoffeinspritzung erst dann re-aktiviert und das Einlass- und Auslassventil (32; 34) entsprechend einem Normalbetrieb für den Verbrennungsmotor (2) ansteuert, wenn die Abgasreinigungseinrichtung (30) eine Betriebstemperatur (TKat,soii) erreicht hat.
9. Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 8, wobei das Temperaturmodell definiert, dass eine Betriebstemperatur (TKat,soii) der Abgasreinigungseinrichtung (30) erreicht ist.
10. Hybridantriebsystem (1 ) eines Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine (12) und einem Verbrennungsmotor (2), zum Übertragen eines Drehmoments von der elektrischen Maschine (12) und/oder dem Verbrennungsmotor (2) auf eine Abtriebseinheit (8; 10; 14; 16; 18), insbesondere auf ein Rad (10; 14) eines Fahrzeugs, wobei der Verbrennungsmotor (2) von einer Steuereinrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angesteuert ist.
1 1 . Verfahren zum Ansteuern eines Verbrennungsmotors (2), insbesondere eines Verbrennungsmotors (2) in einem Hybridantriebssystem (1 ) eines Hybridfahrzeugs, wobei der Verbrennungsmotor (2) mindestens eine Zylinder-Kolbeneinheit (20) mit einem Einlassventil (32), um ein Einlassfluid (42) in einen Zylinderinnenraum (28) zu liefern, und einem Auslassventil (34), um ein Auslassfluid (44) aus dem Zylinderinnenraum (28) in eine fluidisch mit dem Zylinder (22) verbundene Abgasreinigungseinrichtung (30) zu überführen, aufweist, wobei das Verfahren eine Temperatur (TKat) einer mit dem Verbrennungsmotor (2) fluidisch verbundenen Abgasreinigungseinrichtung (30) erhöht und folgende Schritten aufweist:
Schleppen des Verbrennungsmotors (2) für eine von der elektrischen Maschine (12) oder von einem Fahrzustand induzierte Bewegung des Kolbens (24);
Deaktivieren einer Kraftstoffeinspritzung (36) in das Einlassfluid (42);
Einlassen des im Wesentlichen kraftstofffeien Einlassfluids (42) in den Zylinderinnenraum (28);
Komprimieren und dadurch Erwärmen des im Zylinderinnenraum (28) befindlichen Fluids durch die induzierte Bewegung des Kolbens (24) und dadurch Bereitstellen eines erwärmen Auslassfluids (44);
Auslassen des erwärmten Auslassfluids (44) in die Abgasreinigungseinrichtung (30); und
Erwärmen der Abgasreinigungseinrichtung (30) mittels des erwärmten Auslassfluids (44).
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , weiterhin umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Temperaturmodells der Erwärmung des im Zylinderinnenraum (28) befindlichen Fluids durch Messung an einem Motorprüfstand;
Speichern des Temperaturmodells in einer dem Verbrennungsmotor (2) zugeordneten Speichervorrichtung (50);
- Auslesen des Temperaturmodells aus der Speichervorrichtung (50),
Öffnen des Auslassventils (34) und Auslassen des erwärmten Auslassfluids (44), wenn das Temperaturmodell definiert, dass das Fluid im Zylinderinnenraum (28) eine bestimmte Temperatur (TF) hat.
13. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend die Schritte:
Bereitstellen, in dem Temperaturmodell, eines Temperaturveränderungsprofils der Abgasreinigungseinrichtung (30) basierend auf zumindest der Temperatur (TF) des erwärmten Auslassfluids (44), durch Messung den dem Motorprüf stand;
Reaktivieren der Kraftstoffeinspritzung (36) und Ansteuern des Einlass- und Auslassventil (32, 34) entsprechend einem Normalbetrieb für den Verbrennungsmotor (2), wenn das Temperaturmodell definiert, dass die Abgasreinigungseinrichtung (30) eine Betriebstemperatur (TKat,soii) erreicht hat.
14. Verfahren zum Ansteuern eines Verbrennungsmotors (2), wobei eine Steuereinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird.
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