• 专利附录
  • 专利说明
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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren eines Hybrid-Kraftfahrzeuges, welches eine Brennkraftmaschine, wenigstens eine E-Maschine und wenigstens einen Katalysator in einer Abgasanlage aufweist, wobei die E-Maschine wahlweise generatorisch betrieben wird, um durch eine entsprechende Änderung der Betriebsart und/oder des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine den wenigstens einen Katalysator auf eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur des Katalysators aufzuheizen oder eine Katalysatortemperatur auf oder über dieser Aktivierungstemperatur zu halten. Hierbei wird während des generatorischen Betriebs der E-Maschine ein generatorisches Moment und damit der sich so ergebende Betriebspunkt bzw. die sich so ergebende Betriebsart der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem vorher ermittelten Alterungszustand des Katalysators eingestellt.
    公开号:DE102004029849A1
    申请号:DE102004029849
    申请日:2004-06-19
    公开日:2006-06-08
    发明作者:Matthias Holz；Ekkehard Dr. Pott；David Prochazka；Michael Dr. Zillmer
    申请人:Skoda Auto AS；Volkswagen AG；
    IPC主号:B60W20-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Kraftfahrzeuges,welches eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen magerlauffähigen Ottomotor,mindestens eine E-Maschine und wenigstens einen Katalysator in einerAbgasanlage aufweist, wobei der Startergenerator wahlweise generatorischbetrieben wird, um durch eine entsprechende Änderung der Betriebsart und/oderdes Betriebspunktes der Brennkraftmaschine den wenigstens einenKatalysator auf eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur des Katalysatorsaufzuheizen oder eine Katalysatortemperatur auf oder über dieserAktivierungstemperatur zu halten, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs1.
    [0002] Bekanntezur Abgasreinigung eingesetzte Katalysatorsysteme umfassen häufig undinsbesondere bei magerlauffähigenOttomotoren mindestens einen motornah angeordneten, kleinvolumigenVorkatalysator und mindestens einen weiter stromab angeordneten,größeren Hauptkatalysator.Die Katalysatorkomponenten könnendabei als Oxidationskatalysatoren zur Konvertierung von unverbranntenKohlenwasserstoffen HC und Kohlenmonoxid CO ausgestaltet sein, alsReduktionskatalysatoren zur Reduzierung von Stickoxiden NOx oder als 3-Wege-Katalysatoren, welche diegenannten oxidativen und reduktiven Konvertierungen gleichzeitigfördern.Im Falle magerlauffähigerVerbrennungskraftmaschinen kann der Hauptkatalysator zusätzlich miteiner NOx Speicherkomponente ausgestattetsein, der in mageren Betriebsphasen, in denen die Verbrennungskraftmaschinemit einem sauerstoffreichen Luft-Kraftstoff-Gemisch mit λ > 1 beaufschlagt wird,Stickoxide NOx einspeichert, um diese infetten Betriebsintervallen mit λ < 1 wieder freizusetzenund zu reduzieren.
    [0003] Fahrzeugemit magerlauffähigenoder direkteinspritzenden, schichtladefähigen Ottomotoren können imunteren Lastbereich in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden.Dabei stellt der Schichtbetrieb im allgemeinen die verbrauchsgünstigsteBetriebsart dar. Um das maximale Potential dieser Betriebsart auszunutzenwird eine möglichst häufige Nutzungdes Schichtbetriebes angestrebt.
    [0004] DieAbgastemperatur von Verbrennungsmotoren nimmt üblicherweise mit sinkenderLast und (in geringerem Maße)mit sinkender Drehzahl ab. Bei längerandauerndem Schwachlastbetrieb (z.B. Dauer-Leerlauf, Stop-and-go-Verkehr,Stadtfahrt) wird somit ein zumindest erster Katalysator teilweiseso stark ausgekühlt,dass er seine bestmöglicheKonvertierungsleistung nicht mehr erreicht. Bei sehr lang andauerndemSchwachlastbetrieb kühltnachfolgend auch ein stromab angeordneter Hauptkatalysator aus.Insbesondere der Schichtbetrieb stellt mit seinen relativ niedrigenAbgastemperaturen im Vergleich zum stöchiometrischen Motorbetriebbei A = 1 besonders hohe Ansprüchean die Abgasnachbehandlung. Insbesondere bei gealterten Abgasreinigungssystemenführt derAlterungseinfluss zu einer Verschiebung der Anspringtemperatur inRichtung höhererTemperaturen und somit zu einer entsprechend schlechteren Light-Off-Charakteristikder Katalysatoren.
    [0005] ImStand der Technik ist bekannt, bei Unterschreiten von Abgas- und/oderKatalysatortemperaturschwellen Abgastemperatur bzw. Katalysatortemperatursteigernde Maßnahmenzu ergreifen. Weiterhin könnenabhängigvon einem Energieaustrag aus einem Katalysator entsprechende Maßnahmenergriffen werden. Hierbei wird ein für den entsprechenden Katalysator,basierend auf der Abgastemperatur vor dem Vorkatalysator und einerdefinierten Light-Off-Temperatur, notwendiger Wärmestrom ermittelt und ergibtkumuliert den Energieaustrag aus dem Katalysator. Bei Überschreitenvorgebbarer Schwellwerte fürden Energieaustrag könnenAbgastemperatur und/oder Katalysatortemperatur steigernde Maßnahmenergriffen werden. Diese Bestimmung ist sowohl für einen motornahen Vorkatalysatormöglich,als auch füreinen weiter stromab angeordneten Hauptkatalysator.
    [0006] Mitdiesen bekannten Verfahren wird zwar eine Emissionssicherheit gewährleistet,da durch entsprechende Wahl der Temperaturschwellen ein Auskühlen derKatalysatoren verhindert wird. Jedoch muss bei Unterschreiten einerTemperaturschwelle üblicherweisezur Gewährleistungder Emissionssicherheit auf den Schichtbetrieb zugunsten des „heißeren" aber auch Kraftstoffverbraucherhöhenden Homogenbetriebverzichtet werden, obwohl üblicherweisedie Auskühlungeiner kleinen Teilzone eines Katalysators unter eine Temperaturschwelletoleriert werden kann. Weiterhin kann ein Hauptkatalysator, welchersich mit seinem Temperaturniveau oberhalb einer vorgebbaren Light-Off-Temperaturbefindet, zumindest teilweise einen Konvertierungsverlust zumindesteines vorgeschalteten ausgekühltenVorkatalysators kompensieren und besondere Temperatur steigerndeMaßnahmensind nicht erforderlich.
    [0007] Grundsätzlich ziehenaber alle Abgastemperatur und/oder Katalysatortemperatur steigernde Maßnahmeneinen Verbrauchsnachteil nach sich, da der optimale Motorbetriebspunktzur Erreichung höhererAbgas- und/oder Katalysatortemperaturen verlassen werden muss. Wirdbei einem Hybridfahrzeug mindestens eine zusätzliche E-Maschine verbaut,ergeben sich weitere Möglichkeiten,das Temperaturniveau positiv zu beeinflussen. Durch die Möglichkeit derE-Maschine sowohlgeneratorische als auch motorische Momente darzustellen, lässt sichder Betriebspunkt des Verbrennungsmotors insbesondere auch im Schwachlastbereichbeeinflussen.
    [0008] Esist aus der DE 10041 535 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem in Abhängigkeitvon einer Katalysatortemperatur entsprechende Temperaturgrenzwertegeprüftund bei Unterschreiten dieser durch entsprechenden generatorischenBetrieb der E-Maschine der aktuelle Motorbetriebszustand in Betriebspunkteverlagert, welche in einer entsprechenden Temperaturänderungresultieren und somit den Katalysator über eine Grenztemperatur wiederaufheizen.
    [0009] Mitzunehmender Katalysatoralterung wird jedoch das nutzbare Schichtbetriebsfensterimmer kleiner und die zu erreichende Temperatur zur Freigabe desverbrauchsgünstigenSchichtbetriebes wandert zu höherenTemperaturen. Die notwendige Betriebspunktverlagerung zu höheren Abgastemperaturenund somit wieder möglichemmageren Motorbetrieb, insbesondere bei niedrigen Lasten (Leerlauf) durcheinen generatorischen Betrieb der E-Maschine, ist dann aufgrund des maximalzur Verfügungstehenden Energiespeichers und somit des maximal möglichenzusätzlichengeneratorischen Momentes nicht möglichso dass hier der Schichtbetrieb zugunsten des stöchiometrischen Betriebes unterdrückt wird.
    [0010] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine maximal mögliche Konvertierungsleistungeines in einem Abgaskanal einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschineangeordneten Vorkatalysators möglichst über seinegesamte Lebensdauer aufrecht zu erhalten.
    [0011] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durch einVerfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalengelöst.Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiterenAnsprüchenbeschrieben.
    [0012] Dazuist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen,dass währenddes generatorischen Betriebs des Startergenerators ein generatorischesMoment und damit der sich so ergebende Betriebspunkt bzw. die sichso ergebende Betriebsart der Brennkraftmaschine in Abhängigkeitvon einem vorher ermittelten Alterungszustand des Katalysators eingestelltwird.
    [0013] Dieshat den Vorteil, dass eine Verbesserung des Konvertierungsverhaltensvon Katalysatoren sowie eine Verbrauchsminderung insbesondere im Leerlaufder Brennkraftmaschine durch alterungsabhängige Betriebsarten- bzw. Betriebspunktwahlerzielt wird.
    [0014] Beispielsweiseist der Katalysator ein Vorkatalysator, ein Hauptkatalysator und/oderein NOx-Speicherkatalysator.
    [0015] Inbevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird das generatorischeMoment des Startergenerators in Abhängigkeit von einem aktuellenBetriebspunkt der Brennkraftmaschine, einer aktuellen Last der Brennkraftmaschine,einer aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine, einer aktuellenKatalysatortemperatur, einem zuvor ermittelten Ladezustand wenigstenseines elektrischen Energiespeichers des Hybrid-Kraftfahrzeuges,einem aktuellen Bordnetzstrom eines elektrischen Bordnetzes des Hybrid-Kraftfahrzeugesund/oder einer zuvor ermittelten optimalen Ladespannung und/odereinem zuvor ermittelten Ladestrom wenigstens eines elektrischenEnergiespeichers des Hybrid-Kraftfahrzeuges eingestellt.
    [0016] Umauch bei vollem oder fast vollem elektrischen Energiespeicher einenEingriff mittels des Startergenerators durchführen zu können, wird während desgeneratorischen Betriebs des Startergenerators und bei vollem oderfast vollem elektrischen Energiespeicher des Hybrid-Kraftfahrzeugesein Wirkungsgrad des Startergenerators gezielt verschlechtert.
    [0017] DieErfindung wird im folgenden nähererläutert.
    [0018] Beieiner Kombination eines Verbrennungsmotors (insbesondere eines magerlauffähigen Ottomotors)mit einer E-Maschine, welche auch als Startergenerator bezeichnetwird, ist es vorgesehen, dass im Bereich niedriger Motorlasten (Leerlauf)mit niedrigen Abgas- und/oder Katalysatortemperaturen durch Aufbringeneines entsprechenden generatorischen Momentes den Betriebspunktdes Motors zu höherenMitteldrückenzu verlagern und somit eine Erhöhungder Abgas- und/oder Katalysatortemperatur eines motornah angeordnetenKatalysators zu erreichen bzw. das Auskühlen desselben möglichstzu vermeiden. Weiterhin wird in Abhängigkeit des Alterungszustandesder verbrauchsgünstigeSchichtbetrieb durch den Verbrauch erhöhenden aber „heißeren" Homogenbetrieb ersetzt.Da in dieser Phase ein Vorkatalysator nahezu 100% der Konvertierungsleistungerbringen kann, ist das Auskühleneines nachgeschalteten NOx-Speicherkatalysators unterhalb seinerLight-Off-Temperatur tolerierbar. Die in einer nachfolgenden Beschleunigungnotwendige Schadstoffkonvertierung wird dann komplett durch denVorkatalysator übernommenbis der nachgeschaltete Hauptkatalysator seine Light-Off-Temperaturwieder überschrittenhat.
    [0019] Insbesonderein solchen Betriebsphasen, in denen ein Abstellen im Rahmen einer Start-Stopp-Strategie des Verbrennungsmotorsnicht zugelassen werden kann, z.B. bei eingeschalteter Klimaanlageoder geringen Ladezuständender Energiespeicher, ist es jedoch möglich die Leerlaufdrehzahldes Motors möglichstweit abzusenken. Hierdurch wird einerseits der Mehrverbrauch durchden Homogenbetrieb im Leerlauf teilweise kompensiert und andererseitsder Wärmeaustragaus dem Abgassystem reduziert.
    [0020] Diewährenddieser Phase generatorisch gewonnene elektrische Energie wird entwederin einer Batterie oder in einem Kondensatorspeicher zwischengespeichert,bevor diese Energie entweder überdas fahrzeugeigene Bordnetz bzw. einen nachfolgenden Beschleunigungsvorgang(Boostbetrieb) etc. wieder ausgegeben wird. Insbesondere der Kondensatorspeichererlaubt eine hohe Zyklenzahl und ist nicht, wie die Batterie, aneine bestimmte Spannungsgrenze (außer max. Spannungsgrenze) während desgeneratorischen Betriebs gebunden. Hierdurch können insbesondere bei entleertemEnergiespeicher kurzfristig hohe generatorische Momente gefahrenwerden. Bei parallelem Einsatz einer Batterie und eines Kondensatorspeicherskönnendie Vorteile beider Energiespeicher kombiniert werden, so das derGroßteilder zyklischen Energieein- und Ausspeichervorgänge über den Kondensatorspeicher abgewickeltwird und nur in den konstanten, mit geringeren Momenten betriebenen,generatorischen Phasen die Batterie geladen wird.
    [0021] Für den Fallgeladener Energiespeicher (SOC~100%) ist das maximal einstellbareGeneratormoment analog eines konventionellen Systems ohne Energiespeichermanagementdurch die aktuelle Bordnetzbelastung bestimmt. Eine entsprechende Anhebungdes generatorischen Momentes und somit des Betriebspunktes des Motorszu höherenMitteldrücken,um somit eine Erhöhungder Abgas- und/oder Katalysatortemperatur zu erreichen, ist nichtmöglich.In solchen Ausnahmefällenkann aber weiterhin auf bereits bekannte Verfahren wie z.B. Zündzeitpunktverspätung beihomogenem Motorbetrieb zurückgegriffenwerden.
    [0022] Erfindungsgemäß wird daseinzustellende generatorische Moment und somit der sich ergebene Betriebspunktdes Motors in Abhängigkeitvon einem vorher ermittelten Alterungszustand des Vorkatalysatorsund/oder vom aktuellen Betriebspunkt (Last/Drehzahl) des Motorsund/oder der aktuellen Katalysatortemperatur, sowie von einem vorherermittelten Ladezustand der Energiespeicher und/oder aktuellen Bordnetzstromund/oder der optimalen Ladespannung/Ladestrom der Energiespeichereingestellt.
    [0023] Durchdas erfindungsgemäße Verfahrenwird erreicht, das insbesondere bei gealterten Abgasreinigungssystemendurch eine Anhebung der Motorlast im Leerlauf bzw. leerlaufnahenMotorbetriebsbereich durch ein zusätzliches generatorisches Momentdie Konvertierungsfähigkeitinsbesondere eines motornahen Vorkatalysators auf einem konstanthohen Niveau bzw. oberhalb der Light-Off-Temperatur gehalten wirdund somit maximale Emissionssicherheit gewährleistet ist. Hierbei wirdinsbesondere das Auskühleneines nachgeschalteten Hauptkatalysators insbesondere eines NOx-Speicherkatalysatorsunterhalb seiner Light-Off-Temperatur toleriert.
    [0024] DerVorkatalysator (alternativ auch Vorkatalysator und Hauptkatalysator) übernimmtgerade im Light-Off den bestimmenden Anteil bzgl. Schadstoffkonvertierunggegenübereinem weiter stromabwärts befindlichenHauptkatalysator. Es wird mit zunehmender Alterung und demzufolgeVerschiebung der Light-Off-Temperatur zu höheren Temperaturen insbesonderenach einer Start-Stopp-Phase ein höheres Generatormoment für die Setriebspunktverlagerungangesetzt, als bei einem "eingelaufenenKatalysator mit entsprechend niederer Light-Off-Temperatur. Zusätzlich kann diese Alterungsabhängigkeit durchden Alterungszustand des Hauptkatalysators beeinflusst werden. Seieinem "frischen" Vorkatalysator kannsogar die Auskühlungdes Hauptkatalysators unterhalb seiner Light-Off-Temperatur toleriert werden.
    [0025] Geradebei gealterten Katalysatoren, welche einen erhöhten Generatorbetrieb zur Darstellungder entsprechenden Motorlast bzw. Katalysatortemperatur benötigen, bestehtbei vollem Energiespeicher ein Problem. Zur Lösung dieses Problems ist eineerzwungene Wirkungsgradverschlechterung der E-Maschine vorgesehen.Hierbei wird bei gegebener generatorischer Belastung des Verbrennungsmotors durcheine Wirkungsgradverschlechterung der E-Maschine (beispielsweisedurch Eingriff in die E-Maschinenregelung), auch bei vollem bzw.sich füllendem Energiespeicher(jedoch deutlich langsamer als bei optimalem Wirkungsgrad der E-Maschine),die erwünschteBetriebspunktverlagerung erzielt, ohne auf andere Wirkungsgrad verschlechterndeMaßnahmen (Zündwinkeleingriffe)zurückgreifenzu müssen.
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Kraftfahrzeuges,welches eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen magerlauffähigen Ottomotor,wenigstens eine E-Maschine und wenigstens einen Katalysator in einerAbgasanlage aufweist, wobei die E-Maschine wahlweise generatorischbetrieben wird, um durch eine entsprechende Änderung der Betriebsart und/oderdes Betriebspunktes der Brennkraftmaschine den wenigstens einenKatalysator auf eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur des Katalysatorsaufzuheizen oder eine Katalysatortemperatur auf oder über dieserAktivierungstemperatur zu halten, dadurch gekennzeichnet,dass während desgeneratorischen Betriebs der E-Maschine ein generatorisches Momentund damit der sich so ergebende Betriebspunkt bzw. die sich so ergebendeBetriebsart der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem vorher ermitteltenAlterungszustand des Katalysators eingestellt wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Katalysator ein Vorkatalysator, ein Hauptkatalysator und/oderein NOx-Speicherkatalysator ist.
    [3] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Moment der E-Maschinein Abhängigkeitvon einem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eingestelltwird.
    [4] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Moment der E-Maschinein Abhängigkeitvon einer aktuellen Last der Brennkraftmaschine eingestellt wird.
    [5] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Moment der E-Maschinein Abhängigkeitvon einer aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine eingestelltwird.
    [6] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Moment der E-Maschinein Abhängigkeitvon einer aktuellen Katalysatortemperatur eingestellt wird.
    [7] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Moment der E-Maschinein Abhängigkeitvon einem zuvor ermittelten Ladezustand wenigstens eines elektrischenEnergiespeichers des Hybrid-Kraftfahrzeuges eingestellt wird.
    [8] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurchgekennzeichnet, dass das generatorische Moment der E-Maschine inAbhängigkeitvon einem aktuellen Bordnetzstrom eines elektrischen Bordnetzesdes Hybrid-Kraftfahrzeuges eingestellt wird.
    [9] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Moment der E-Maschinein Abhängigkeitvon einer zuvor ermittelten optimalen Ladespannung und/oder einemzuvor ermittelten Ladestrom wenigstens eines elektrischen Energiespeichersdes Hybrid-Kraftfahrzeuges eingestellt wird.
    [10] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass währenddes generatorischen Betriebs der E-Maschine und bei vollem oderfast vollem elektrischen Energiespeicher des Hybrid-Kraftfahrzeuges einWirkungsgrad der E-Maschine gezielt verschlechtert wird.
    [11] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher einenKondensatorspeicher und/oder eine Batterie umfasst.
    [12] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschine ein Startergeneratorist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    2014-09-17| R016| Response to examination communication|
    2015-03-30| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2016-04-19| R020| Patent grant now final|
    2016-10-06| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B60W0020000000 Ipc: B60W0020160000 |
    2018-01-03| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004029849.1A|DE102004029849B4|2004-06-19|2004-06-19|Method for operating a hybrid motor vehicle|DE102004029849.1A| DE102004029849B4|2004-06-19|2004-06-19|Method for operating a hybrid motor vehicle|
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