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Title:
CONTROL DEVICE FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR HEATING AN EXHAUST EMISSION CONTROL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/081130
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine having at least one cylinder-piston unit in a drag mode. In the drag mode, piston motion of the cylinder-piston unit is induced by motion of an output unit associated with the internal combustion engine, in particular an output shaft. Each of the at least one cylinder-piston unit has an intake valve for delivering an intake fluid into a cylinder interior and an exhaust valve for transferring an exhaust fluid from the cylinder interior into an exhaust emission control device fluidically connected to the cylinder. Furthermore, the control device controls the intake valve and the exhaust valve of the at least one cylinder and injection of fuel into the intake fluid. In the drag mode, in order to heat the exhaust emission control device, the control device deactivates the injection of fuel into the intake fluid and controls the intake valve and the exhaust valve in such a way that the substantially fuel-free intake fluid is allowed into the cylinder interior, in the cylinder interior the fluid is compressed and heated by the motion of the piston, and after the compression said fluid is transferred as heated exhaust fluid through the exhaust valve into the exhaust emission control system. The invention further relates to a method for heating an exhaust emission control device by using the fluid heated by compression in the drag mode.

Inventors:
PETERS, Nikita (Dachauer Straße 225, München, 80637, DE)
Application Number:
EP2018/075270
Publication Date:
May 02, 2019
Filing Date:
September 19, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
F02D41/02; F02D35/02
Domestic Patent References:
WO2017127219A12017-07-27
Foreign References:
EP2829710A12015-01-28
DE10348107A12005-05-19
EP2342433A12011-07-13
DE19720381A11998-11-19
US20140041368A12014-02-13
US20060010855A12006-01-19
US20090107430A12009-04-30
DE102005006702A12006-08-17
DE19720381A11998-11-19
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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.

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 T Ka t der Abgasreinigungseinrichtung 30 unter ihrer Betriebstemperatur T K at,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 T Ka t 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 T F , und/oder der Abgasreinigungseinrichtungstemperatur T Ka t abgespeichert ist. Dabei kann das Temperaturmodell beispielsweise über Messungen auf einem Motorprüfstand bestimmt werden, bei dem die Temperaturverläufe der Temperaturen T F und T Ka t 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 T E F, einer gegebener Temperatur des Auslassfluids T F , einem gegebenem Volumenstrom des Auslassfluids VF und/oder einer gegebener Motordrehzahl n eine Betriebstemperatur T K at,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 T Ka t 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 T Ka t grundsätzlich wesentlich von der Temperatur des Auslassfluids T F abhängig. Dessen Temperatur T F 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

T Ka t Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung

T Ka t, soii Betriebstemperatur der Abgasreinigungseinrichtung

TF Temperatur des Fluids im Zylinderinnenraum