AT522990A1 - Hybridkraftfahrzeug und Betriebsverfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

Hybridkraftfahrzeug und Betriebsverfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Hybridkraftfahrzeug, mit einem einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) aufweisenden Antriebssystem (1), umfassend ein an den Verbrennungsmotor (2) des Fahrzeugs angeschlossenes Abgasreinigungssystem (10) mit einem elektrischen Heizelement (22) und mehreren der Abgasreinigung dienenden, insbesondere in Bezug auf eine NOx-Verminderung katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten und ein Steuergerät zur Steuerung eines Betriebs von Antriebssystem (1) und Abgasreinigungssystem (10), wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist den Betrieb des Antriebssystems (1) so zu steuern, dass ein vom Verbrennungsmotor (2) abgegebener Abgasmassenstrom zumindest bei einem Heizbetrieb mit Bestromung des Heizelements (22) zur Beheizung des Abgases eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet und/oder eine vorgebbare untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschreitet, wobei die obere Abgasmassenstromgrenze und die untere Abgasmassenstromgrenze in Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einer Leistungsfähigkeit wenigstens einer der Abgaskomponenten vorgebbar sind. Weiter betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3).

Description

Hybridkraftfahrzeug und Betriebsverfahren zum Betreiben eines
Hybridfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweisenden Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines solchen Hybridfahr-
zeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Hybridfahrzeuge mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweisenden Antriebssystem zeichnen sich im Allgemeinen durch einen vergleichsweise niedrigen Kraftstoffverbrauch aus. Dennoch ist für eine niedrige Emission von Schadstoffen, insbesondere von Stickoxiden (NOx), eine Abgasnachbehandlung unabdingbar. Jedoch stellt sich hier beim Betrieb des Hybridfahrzeugs die Problematik einer Temperierung der hierfür vorzusehenden Abgasnachbehandlungskomponenten in besonderem Maße, da aufgrund des zeitweisen abgeschalteten Verbrennungsmotors im Vergleich zu Fahrzeugen mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb weniger Abgas bereitgestellt wird, welches der Temperierung der Abgasnachbehandlungsanlage dienen könnte. Darüber hinaus führt ein rein elektromotorischer Antrieb zu einem Auskühlen der Abgasreinigungskomponenten, die somit bei einem Neustart des Verbrennungsmotors möglichst rasch wieder auf Betriebstemperatur zu bringen sind um die Schadstoffemissionen gering zu halten. Zur Lösung dieser Probleme wurde verschiedentlich vorgeschlagen in die Abgasreinigungsanlage ein elektrisches Heizelement zu integrieren, welches bedarfsweise bestromt wird und damit ein Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten auf Betriebstemperatur zumindest unterstützt. So offenbart die DE 10 2014 223 490 A1 für ein gegebenenfalls als Hybridfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug mit einem Dieselmotor eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche zur NOx-Verminderung einen SCR-Katalysator und einen über eine elektrische Heizeinrichtung beheizbaren NOx-Speicherkatalysator aufweist. Dabei kann eine Steuereinheit die Heizeinrichtung so steuern, dass der NOx-Speicherkatalysator unabhängig von einer durch den Dieselmotor vorge-
gebenen Abgastemperatur erhitzt werden kann.
Diese Maßnahme ist jedoch häufig nicht ausreichend um ein Hybridfahrzeug mit einem möglichst geringen Ausstoß an Schadstoffen, insbesondere NOx, und bei
möglichst niedrigem Kraftstoffverbrauch zu betrieben. Insbesondere kann ein
Zusammenspiel der Aufheizwirkungen von Abgas und elektrischer Heizeinrichtung
vorteilhaft sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Hybridfahrzeug und ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs anzugeben, welche eine weitere Verbesserung
hinsichtlich eines Schadstoffausstoßes und eines Kraftstoffverbrauchs ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Hybridkraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
jeweiligen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug weist ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor auf. Ferner umfasst es ein an den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angeschlossenes Abgasreinigungssystem mit einem elektrischen Heizelement und mehreren der Abgasreinigung dienenden, insbesondere in Bezug auf eine NOx-Verminderung katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten und ein Steuergerät zur Steuerung eines Betriebs von Antriebssystem und Abgasreinigungssystem. Erfindungsgemäß ist das Steuergerät dazu ausgelegt den Betrieb des Antriebssystems so zu steuern, dass ein vom Verbrennungsmotor abgegebener Abgasmassenstrom zumindest bei einem Heizbetrieb mit Bestromung des Heizelements zur Beheizung des Abgases eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet und/oder eine vorgebbare untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschreitet, wobei die obere Abgasmassenstromgrenze und die untere Abgasmassenstromgrenze in Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einer Leistungsfähigkeit wenigstens einer der Abgasreinigungskomponen-
ten vorgebbar sind.
Durch die Begrenzung bzw. Eingrenzung des Abgasmassenstroms können einerseits Rohemission und Kraftstoffverbrauch niedrig gehalten werden. Andererseits kann durch die erfindungsgemäße Begrenzung bzw. Eingrenzung des Abgasmassenstroms in Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einer Leistungsfähigkeit wenigstens einer der Abgasreinigungskomponenten die insgesamt an die Umgebung abgegebene Schadstoffmenge niedrig gehalten werden. Dabei ist unter einer Leistungsfähigkeit einer insbesondere katalytisch wirksamen Abgasreinigungs-
komponente deren Fähigkeit zur katalytischen Umsetzung eines jeweiligen Schad-
stoffes, insbesondere NOx, oder deren Fähigkeit zur Entfernung des Schadstoffes aus dem Abgas zu verstehen. Diese Fähigkeit ist insbesondere bei niedrigen Temperaturen stark temperatur- und durchsatzabhängig. Die Erfindung ermöglicht es daher in bezüglich auf eine Abgasreinigung kritischen Betriebsbereichen, bei denen zur Aufheizung oder zur Aufrechterhaltung einer Betriebstemperatur eine Zuheizung durch Bestromung des Heizelements erfolgt, eine katalytische Abgasreinigungswirkung der Abgasreinigungskomponenten so weit als möglich auszuschöpfen. Die erfindungsgemäße Maßnahme wird daher bevorzugt in Verbindung mit einem Kaltstart oder einem Neustart des Verbrennungsmotors ergriffen. Sie kann jedoch auch in Betriebsbereichen mit einer als kritisch niedrig erkannten Temperatur für eine oder
mehrere der Abgasreinigungskomponenten ergriffen werden.
Der Verbrennungsmotor des Antriebssystems ist bevorzugt aus Dieselmotor ausgebildet. Eine Ausführung als Ottomotor ist jedoch ebenfalls möglich. Der Elektromotor kann beispielsweise als Gleichstrommotor oder als synchroner oder asynchroner Drehstrommotor ausgebildet sein. Zur Abgabe einer Antriebsleistung wird er von einem allgemein als Batterie bzw. Traktionsbatterie bezeichneten wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie versorgt. Vorzugsweise kann der Elektromotor auch als Generator betrieben werden und von den Antriebsrädern oder vom Verbrennungsmotor aufgenommene mechanische Leistung zum Aufladen der Batterie
umsetzen.
Als Hybridfahrzeug kommt eine Ausführung als so genannter serieller oder paralleler oder auch leistungsverzweigter Hybrid infrage. Bevorzugt ist das Antriebssystem so ausgelegt, dass ein Antriebsmoment auf angetriebene Räder des Fahrzeugs sowohl allein durch den Verbrennungsmotor als auch allein durch den Elektromotor sowie auch durch beide zugleich aufgebracht werden kann. Zur Begrenzung bzw. Eingrenzung des Abgasmassenstroms werden Verbrennungsmotor und Elektromotor gegebenenfalls im Zusammenspiel betrieben. Um bei einer entsprechenden Leistungsanforderung ein Überschreiten der oberen Abgasmassenstromgrenze zu vermeiden, ist es dabei vorgesehen, zusätzlich den Elektromotor zur Abgabe einer Antriebsleistung heranzuziehen. Umgekehrt kann bedarfsweise zur Vermeidung des Unterschreitens der unteren Abgasmassenstromgrenze die Antriebsleistung des Elektromotors entsprechend vermindert und die des Verbrennungsmotors erhöht werden.
Die Steuerung hierfür wird vom Steuergerät übernommen. Die Abgasmassenstrom-
grenzen werden dabei bevorzugt hinterlegten Kennlinien oder Kennfeldern für die
wenigstens eine Abgasreinigungskomponente entnommen.
Neben der Auslegung des Steuergeräts zur Steuerung des Antriebssystems kann das Steuergerät auch den Betrieb des Abgasreinigungssystems und insbesondere das Heizelement steuern. Zur Ausführung der Steuerfunktionen ist eine Verbindung des Steuergeräts mit entsprechenden Sensoren zur Erfassung von Betriebszuständen bzw. Betriebsparametern, wie beispielsweise Sensoren zur Erfassung von Abgas- oder Betriebsmitteltemperaturen, Schadstoffkonzentrationen oder Betriebsmitteldurchsätzen vorgesehen. Das Steuergerät ist ferner mit Aktuatoren zur Beeinflussung der Betriebszustände bzw. der Betriebsparameter verbunden, um diese bestimmungsgemäß anzusteuern. Aktuatoren können beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzsystem des Verbrennungsmotors, Klappen, Ventile oder Pumpen zur Einstellung von Betriebsmitteldurchsätzen sein. Die vom Steuergerät empfangenen Sensorsignale werden durch im Steuergerät implementierte Hardware und/oder Software in Steuersignale für die Aktuatoren umgewandelt und an die Aktuatoren ausgegeben. Hierfür kann das Steuergerät mehrere Steuermodule umfassen, welche
in ein einziges Gerät integriert sind oder als separate Module ausgebildet sind.
In Ausgestaltung der Erfindung weist das Abgasreinigungssystem in Strömungsrichtung des vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases gesehen hintereinander angeordnet das elektrische Heizelement, eine erste oxidationskatalytisch wirksame, insbesondere als NOx-Speicherkatalysator ausgebildete Abgasreinigungskomponente, eine erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente, eine zweite SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente und eine zweite oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente auf, wobei eingangsseitig der ersten und der zweiten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente jeweils eine Dosiervorrichtung zur Einbringung eines ammoniakhaltigen
Reduktionsmittels ins Abgas vorgesehen sind.
Grundsätzlich können die Elemente im Abgasreinigungssystem auch in einer anderen Reihenfolge angeordnet sein. Es können beispielsweise mehrere Heizelemente, welche insbesondere als Heizscheiben ausgebildet sind, vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch eine SCR-katalytisch wirksame
Abgasreinigungskomponente mit einem Dieselpartikelfilter kombiniert sein und/oder
eine SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente stromaufwärts einen
SDPF angeordnet sein.
Heizelement, erste oxidationskatalytische Abgasreinigungskomponente, erste SCRkatalytische Abgasreinigungskomponente, zweite SCR-katalytische Abgasreinigungskomponente und zweite oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente werden somit in dieser Reihenfolge von vom Verbrennungsmotor abgege-
benen Abgas durchströmt.
Das elektrische Heizelement ist dabei bevorzugt als Widerstandsheizung ausgebildet und kann von der Fahrzeugbatterie mit Strom versorgt werden. Bevorzugt ist eine Ausbildung als Folienkörper mit einer durch Bestromung aufheizbaren gewickelten oder gefalteten Metallfolienstruktur, welche von Abgas durchströmt werden kann. Es kann eine Nennleistungsaufnahme von mehreren kW, beispielsweise etwa 4 kW vorgesehen sein. Obschon eine beschichtungsfreie Ausführung bevorzugt ist, kann eine katalytische Beschichtung, insbesondere eine oxidationskatalytisch wirksame
Beschichtung, vorgesehen sein.
Die erste oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente kann beispielsweise als klassischer Dieseloxidationskatalysator ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung als NOx-Speicherkatalysator. Hierzu sind Kanäle eines keramischen Wabenkörpers mit einer Beschichtung versehen, welche einerseits eine oxidationskatalytische Wirkung in Bezug auf eine Oxidation von insbesondere Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) aufweist, andererseits NOx speziell unter oxidierenden Bedingungen einlagern kann. In einem Regenerationsprozess können diese speziell unter reduzierenden Bedingungen wieder abgegeben und mit katalytischer Unterstützung wenigstens teilweise in unschädlichen Stickstoff umgewandelt werden. Eine Einlagerung von NOx kann dabei auch bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von etwa 150 °C oder weniger erfolgen. Dies ermöglicht eine Entfernung von NOx aus dem Abgas bereits bei vergleichsweise
gering aufgeheiztem Abgasreinigungssystem.
Bei den SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten handelt es vorzugsweise ebenfalls um von Abgas durchströmbare keramische Wabenkörper, welche hier jedoch mit einer Beschichtung versehen sind, welche eine selektive
Reduktion von NOx mittels eines Reduktionsmittels, insbesondere Ammoniak (NH3a),
katalysieren kann. Eine Ausführung als so genannter Vollkatalysator ist ebenfalls möglich. Vorzugsweise verfügen diese Abgasreinigungskomponenten auch über eine gewisse NH3-Speicherfähigkeit. Die SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten ermöglichen typischerweise etwa ab 150 °C eine Entfernung von NOx
aus dem Abgas.
Bei der zweiten oxidationskatalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente handelt es bevorzugt um einen auch als Sperrkatalysator bezeichneten Oxidationskatalysator, welcher insbesondere eine Oxidation von Ammoniak katalysieren kann. Dadurch kann ein unerwünschter Schlupf von geruchsintensivem und schädlichen
Ammoniak vermieden werden.
Die Dosiervorrichtungen sind bevorzugt als Dosierventile ausgebildet, mit welchen NHs3 oder ein NHs in freier oder gebundener Form enthaltendes Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, dosiert dem Abgas zugefügt werden kann. Dadurch, dass zwei SCR-katalytische Abgasreinigungskomponenten mit jeweils vorgeschalteten und wahlweise betätigbaren Dosiervorrichtungen vorgesehen sind, ist eine weiter verbesserte NOx-Entfernung ermöglicht. Beispielsweise kann bei einem längs des Abgasreinigungssystems auftretenden Temperaturgefälle eine NOxEntfernung bereits erfolgen, wenn zwar die erste Komponente, aber nicht die zweite
ihre Betriebstemperatur erreicht hat.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuergerät dazu ausgelegt den Betrieb des Antriebssystems so zu steuern, dass ein vom Verbrennungsmotor abgegebener Abgasmassenstrom bei einem Normalbetrieb ohne Bestromung des Heizelements eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet und/oder eine vorgebbare untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschreitet, wenn die Temperatur und/oder die Leistungsfähigkeit einer oder mehrerer der in Bezug auf eine NOx-Verminderung wirksamen Abgasreinigungskomponenten einen jeweils vorgebbaren Wert unterschreiten. Dabei kann es sich um den NOx-Speicherkatalysator und/oder die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente und/oder die zweite SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente handeln. Durch eine Begrenzung des Abgasmassenstroms auf einen oberen Grenzwert kann es insbesondere bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen vermieden werden, dass der NOx-Speicherkatalysator bzw. eine der SCR-katalytisch
wirksamen Abgasreinigungskomponenten infolge eines zu hohen Abgasmassen-
stroms ihre Reinigungswirkung in unerwünschter Weise verlieren. Dies erweitert eine wirksame NOx-Verminderung hin zu vergleichsweise niedrigen Temperaturen, bei denen die volle Reinigungswirkung der entsprechenden Katalysatoren noch nicht erreicht ist. Andererseits wird ein weiteres Auskühlen verhindert, wenn eine untere
Abgasmassenstromgrenze nicht unterschritten wird.
Analog ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Steuergerät dazu ausgelegt ist den Betrieb des Antriebssystems so zu steuern, dass ein vom Verbrennungsmotor abgegebener Abgasmassenstrom bei einem Normalbetrieb ohne Bestromung des Heizelements eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet, wenn die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators und/oder der ersten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente und/oder der zweiten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente einen jeweils vorgebbaren Wert überschreiten. Auf diese Weise kann eine thermische
Überlastung einer der Abgasreinigungskomponenten vermieden werden.
Die Begrenzung bzw. Eingrenzung des Abgasmassenstroms erfolgt dabei wie weiter oben beschrieben bevorzugt durch ein mittels des Steuergeräts gesteuertes
Zusammenspiel von Verbrennungsmotor und Elektromotor.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das elektrische Heizelement, der NOxSpeicherkatalysator und die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente in einem Motorraum für den Verbrennungsmotor, insbesondere verbrennungsmotornah, angeordnet und die zweite SCR-katalytische Abgasreinigungskomponente und die zweite oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente sind verbrennungsmotorfern, insbesondere in einem Unterbodenbereich des Hybridkraftfahrzeug, angeordnet. Durch die verbrennungsmotornahe Anordnung des NOx-Speicherkatalysators und der ersten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente können diese besonders rasch von heiRem Motorabgas aufgewärmt werden. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung, bei welcher der NOxSpeicherkatalysator unmittelbar hinter dem Heizelement und zusammen mit diesem in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse
direkt an den Ausgang einer Abgasturboladerturbine angeschlossen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste SCR-katalytisch wirksame
Abgasreinigungskomponente als Partikelfilter mit einer SCR-katalytisch wirksamen
Beschichtung ausgebildet. Auf diese Weise sind eine Filterfunktion und eine NOxEntfernungsfunktion in platzsparender Weise kombiniert. Vorzugsweise ist der Partikelfilter als so genannter wall-flow Filter mit ein- und ausgangsseitig wechsel-
weise verschlossenen Kanälen ausgeführt.
Die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch einen Partikelfilter mit einer SCR-katalytisch wirksamen Beschichtung und einen zusätzlichen SCR-Katalysator aufweisen, wobei diese beiden Bauteile unmittelbar hintereinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dabei kann der Partikelfilter in Richtung der Abgasströmung gesehen unmittelbar vor oder auch unmittelbar hinter dem SCR-Katalysator angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der SCR-Katalysator vor dem Partikelfilter
angeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind ein erster Kühlmittelkreislauf zur Temperierung des Verbrennungsmotors und ein hiervon getrennter zweiter Kühlmittelkreislauf zur Temperierung des Elektromotors vorgesehen, wobei für den ersten Kühlmittelkreislauf eine erste elektrische Kühlmittelbumpe und für den zweiten Kühlmittelkreislauf eine zweite elektrische Kühlmittelpumpe vorgesehen sind, wobei die erste Kühlmittelpumpe an eine erste Spannungsversorgung und die zweite Kühlmittelbumpe an eine zweite Spannungsversorgung angeschlossen sind und die erste Spannungsversorgung eine im Vergleich zur zweiten Spannungsversorgung größere elektrische Spannung zur Verfügung stellt. Dadurch ist auf energiesparende Weise eine gezielte Temperierung sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Elektromotors ermöglicht. Vorzugsweise ist die erste Kühlmittelpbumpe leistungsstärker und für größere Durchsätze als die zweite Kühlmittelbumpe ausgelegt. Die Spannungen der Spannungsversorgungen können beispielsweise 48 V und 12 V betragen. Vorzugsweise wird die erste Spannungsversorgung durch die Traktionsbatterie realisiert. ES kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Kühlmittelpumpe
leistungsstärker oder gleich leistungsstark als die erste Kühlmittelpumpe ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die erste und/oder die zweite Kühlmittelpbumpe in einem leistungsreduzierten Betrieb mit gegenüber einem Normalbetrieb einstellbar verringerter Drehzahl zu betreiben. Ein Betrieb mit verringerten Drehzahlen und damit mit verringerter Leistungsaufnahme
wird vorzugsweise dann vorgenommen, wenn beispielsweise anhand der vom
Verbrennungsmotor oder vom Elektromotor abgegebenen Leistung festgestellt wird, dass ein voller Kühlmitteldurchsatz nicht zwingend erforderlich ist. Dies kann insbesondere durch eine modellbasierte Ermittlung der erforderlichen Wärmeabfuhr bzw. Kühlleistung erfolgen. Werden dann die erste bzw. die zweite Kühlmittelpumpe mit verringerten Drehzahlen betrieben, wird insgesamt eine weitere Verbrauchs-
reduktion erzielt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch einen Aufheizbetrieb zur Aufheizung des Abgasreinigungssystems auf Betriebstemperatur aus, wobei der Aufheizbetrieb eine erste und eine nachfolgende zweite Aufheizphase umfasst. In der ersten Aufheizphase wird bei unbefeuertem Verbrennungsmotor das elektrische Heizelement derart bestromt, dass eine Temperatur einer stromab des Heizelements im Abgasreinigungssystem angeordneten Abgasreinigungskomponente eine vorgebbare Temperaturgrenze erreicht oder überschreitet. In der zweiten Aufheizphase mit befeuertem Betrieb des Verbrennungsmotors wird das elektrische Heizelement weiterhin bestromt und für den Verbrennungsmotor sind eine frühe und/oder eine späte Kraftstoffnacheinspritzung vorgesehen. Ferner wird in der zweiten Aufheizphase der Betrieb des Antriebssystems so gesteuert, dass ein vom Verbrennungsmotor abgegebener Abgasmassenstrom eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet und/oder eine vorgebbare untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschreitet. Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Normalbetrieb bei wenigstens annähernd auf Betriebstemperatur aufgeheizten Abgasreinigungskomponenten vorgesehen, in welchem der Verbrennungsmotor in einem ersten Betriebsmodus mit einer minimierten Roh-NOx-Emission oder in einem zweiten Betriebsmodus mit einem minimierten spezifischen Kraftstoffverbrauch betrieben wird. Dabei wird bevorzugt immer die maximale Effizienz der Abgasnachbehandlung aufrechterhalten, um bevorzugt immer ein minimal mögliches Gesamtemissionsniveau, welches an die Umgebung emittiert wird, gewährleisten zu
können.
Dadurch, dass in der ersten Aufheizphase das elektrische Heizelement bestromt wird, kann das Abgasreinigungssystem und insbesondere eine nahe hinter dem Heizelement angeordnete Abgasreinigungskomponente, wie beispielsweise ein NOxSpeicherkatalysator, bereits vor einem Start des Verbrennungsmotors vorgeheizt
werden. Dies kann sowohl bei stehendem als auch bei fahrendem Fahrzeug erfol-
gen. Wird der Verbrennungsmotor gestartet und geht somit von einem unbefeuerten in einen befeuerten Betrieb über, so ist bereits mit Beginn eines Ausstoßes von Abgas durch den Verbrennungsmotor eine zumindest teilweise Reinigung des abge-
gebenen Abgases ermöglicht.
Um das Abgasreinigungssystem weiter aufzuheizen, kann in der auf die erste Aufheizphase folgenden zweiten Aufheizphase das Heizelement mit einer gegenüber der Nennleistung vorgebbaren verminderten Heizleistung betrieben werden. Dabei erfolgt die Verminderung der Heizleistung vorzugsweise in Abhängigkeit einer Temperatur für eine nahe hinter dem Heizelement angeordnete Abgasreinigungskomponente, wie beispielsweise einen NOx-Speicherkatalysator oder auch des ersten oder zweiten SCRs. Diese Temperatur kann messtechnisch mittels eines Sensors oder
durch ein Rechenmodell ermittelt werden.
Was die Kraftstoffnacheinspritzungen betrifft, So ist es vorzugsweise vorgesehen, wenn zunächst eine frühe, mitbrennende Nacheinspritzung von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum des Verbrennungsmotors vorgenommen wird. Dadurch wird vergleichsweise heißes Abgas ausgestoßen und das Abgasreinigungssystem rasch weiter aufgeheizt. Vorzugsweise ebenfalls durch eine Temperatur im Abgasreinigungssystem gesteuert, wird anschließend die späte Kraftstoffnacheinspritzung zugeschaltet. Diese ist vorzugsweise als nicht mitbrennende Nacheinspritzung ausgebildet, mit welcher das ausgestoßene Abgas mit unverbrannten Kraftstoffbestandteilen angereichert wird. Die unverbrannten Kraftstoffbestandteile werden in einer zu diesem Zeitpunkt bereits wenigstens annähernd auf Betriebstemperatur aufgeheizten oxidationskatalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente, beispielsweise in einem hinter dem Heizelement angeordneten NOx-SpeicherkataIysator, unter Wärmefreisetzung wenigstens teilweise oxidiert. Auf diese Weise wird das Abgasreinigungssystem rasch weiter aufgeheizt. Bezüglich der in der zweiten Aufheizphase vorgenommenen Begrenzung bzw. Eingrenzung des Abgasmassen-
stroms wird auf die weiter oben bereits beschriebenen Verhältnisse verwiesen.
Sind die Abgasreinigungskomponenten infolge des Aufheizbetriebs wenigstens annähernd auf Betriebstemperatur aufheizt, werden die Aufheizmaßnahmen, d.h. die Bestromung des Heizelements, und die frühe sowie die späte Kraftstoffnacheinspritzung beendet. Wahlweise, insbesondere in Abhängigkeit der in die Umgebung
abgegebenen Roh-NOx-Emissionen, wird der Verbrennungsmotor dann entweder in
einem Betriebsmodus mit minimierter NOx-Emission oder in einem Betriebsmodus mit minimiertem Kraftstoffverbrauch betrieben. Dabei wird insbesondere immer die maximale Effizienz der Abgasnachbehandlung aufrechterhalten, um immer ein minimal mögliches Gesamtemissionsniveau, welches an die Umgebung emittiert
wird, gewährleisten zu können.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird bei einem Abgasreinigungssystem, welches in Strömungsrichtung des vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases gesehen hintereinander angeordnet das elektrische Heizelement, eine erste oxidationskatalytisch wirksame, insbesondere als NOx-Speicherkatalysator ausgebildete Abgasreinigungskomponente und wenigstens eine SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente aufweist, die Stromzufuhr zur Beheizung des Heizelements zumindest in der zweiten Aufheizphase in Abhängigkeit von einer Temperatur und einer NOx-Beladung des NOx-Speicherkatalysators eingestellt. Der NOx-Speicherkatalysator ist dabei bevorzugt unmittelbar hinter dem
verbrennungsmotornah platzierten Heizelement angeordnet.
Dadurch, dass bei der Beheizung des NOx-Speicherkatalysators sowohl dessen Temperatur als auch dessen Beladung mit eingespeichertem NOx berücksichtigt werden, kann einerseits erreicht werden, dass der NOx-Speicherkatalysator bedarfsweise weiter aufgeheizt wird. Andererseits kann bei einer hohen NOx-Beladung durch eine verringerte Aufheizung durch das Heizelement vermieden werden, dass eingespeichertes NOx thermisch desorbiert und bei noch nicht betriebsbereitem SCR-katalytisch wirksamem Abgasreinigungselement in die Umgebung abgegeben
wird.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird während der zweiten Aufheizphase eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators vorgenommen. Hierzu wird der Verbrennungsmotor wenigstens zeitweise mit einem fetten Kraftstoff-Luftverhältnis betrieben und der Betrieb des Antriebssystems wird mit Hilfe des Elektromotors so gesteuert, dass ein vom Verbrennungsmotor abgegebener Abgasmassenstrom zwischen einer vorgebbaren oberen und einer vorgebbaren unteren
Abgasmassenstromgrenze liegt.
Bei der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators wird eingespeichertes NOx
freigesetzt und gleichzeitig zu unschädlichem Stickstoff reduziert. Ein hierfür vorge-
nommenes vorzugsweise vergleichsweise kurzes Anfetten des Kraftstoff-Luftverhältnisses (A) auf einen Wert von X < 1,0 bewirkt dabei ein weiteres Aufheizen des NOxSpeicherkatalysators sowie nachgeschalteter Abgasreinigungskomponenten. Außerdem wird der NOx-Speicherkatalysator wieder in einen Zustand mit hoher NOxAufnahmefähigkeit versetzt. Da eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators stets energieverzehrend ist, ist es besonders effizient diese in der zweiten Aufheizphase vorzunehmen, wenn das Heizelement ohnehin bestromt wird. Die Eingrenzung des Abgasmassenstroms gewährleistet dabei einen optimalen Verlauf der
Regeneration.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird unmittelbar nach einem Abschalten des Verbrennungsmotors das Heizelement derart beheizt wird, dass der NOxSpeicherkatalysator auf eine Temperatur angehoben wird, bei welcher eingespeicherte Stickoxide wenigstens teilweise thermisch desorbieren. Durch die thermische Desorption von zuvor eingespeichertem NOx wird die NOx-Speicherfähigkeit wiederhergestellt, zumindest jedoch verbessert. Der NOx-Speicherkatalysator wird damit ebenfalls regeneriert. Bei einem Neustart des Verbrennungsmotors ist er deshalb in der Lage NOx aus dem Abgas zu entfernen. Dabei ist es von Vorteil, wenn ein so genannter Tieftemperatur-Speicherkatalysator eingesetzt wird, welcher
NOx bereits bei niedrigen Temperaturen von 150 °C oder weniger adsorbieren kann.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei einer thermischen Desorption von Stickoxiden aus dem NOx-Speicherkatalysator nach Abschalten des Verbrennungsmotors in Abgasströmungsrichtung vor der wenigstens einen SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel dem Abgasreinigungssystem zugeführt. Auf diese Weise kann vom NOx-Speicherkatalysator desorbiertes NOx von der stromab des NOx-Speicherkatalysators angeordneten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente zu unschädlichem N2 reduziert und deren Abgabe an die Umwelt vermieden werden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass mit Beginn der Beheizung des Heizelements Luft mittels einer Fördereinrichtung vor dem Heizelement in das Abgasreinigungssystem eingeblasen wird. Dadurch wird eine Überhitzung des Heizelements vermieden und dafür gesorgt, dass desorbierendes NOx zur SCR-katalytischen Abgasreinigungs-
komponente gefördert wird.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Aufrechterhaltungsheizbetrieb zum wenigstens annähernden Aufrechterhalten der Betriebstemperaturen der Abgasreinigungskomponenten vorgesehen, in welchem gegebenenfalls wenigstens eine Heizmaßnahme zur Beheizung des Abgasreinigungssystem auf vorgebbare Weise aus
einer Auswahlliste von Heizmaßnahmen ergriffen wird.
Vorzugsweise wird bei einem Normalbetrieb ohne Heizmaßnahmen laufend überprüft, ob ein kritischer Zustand dahingehend besteht, dass eine der Abgasreinigungskomponenten unerwünscht abzukühlen droht. Um die im Normalbetrieb typischerweise wenigstens annähernd auf Betriebstemperatur befindlichen Abgasreinigungskomponenten auch weiterhin in diesem Zustand zu halten, wird eine Heizmaßnahme aus einer im Steuergerät hinterlegten Auswahlliste auf vorgebbare Weise ausgewählt und ergriffen. Die Auswahl erfolgt dabei bevorzugt anhand eines damit verbundenen Kraftstoffmehrverbrauchs und/oder anhand einer damit gegebenenfalls verbundenen Erhöhung von Emissionen, insbesondere der Roh-NOx-Emissionen,
wobei immer das Augenmerk auf minimal mögliche Gesamtemission gelegt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Auswahl der Heizmaßnahme derart, dass speziell im Normalbetrieb laufend ermittelt wird, für welche Zeitspanne ab dem aktuellen Zeitpunkt ein Betrieb des Abgasreinigungssystems mit wenigstens annähernd auf Betriebstemperatur aufgeheizten Abgasreinigungskomponenten ohne Ergreifen einer zusätzlichen Heizmaßnahme voraussichtlich möglich ist. Unterschreitet diese Zeitspanne einen vorgebbaren Zeitspannengrenzwert, So wird aus der Auswahlliste von Heizmaßnahmen diejenige Heizmaßnahme ausgewählt oder es werden diejenigen Heizmaßnahmen ausgewählt, mit welcher oder mit welchen sich die Zeitspanne für den Betrieb des Abgasreinigungssystems mit wenigstens annähernd auf Betriebstemperatur aufgeheizten Abgasreinigungskomponenten voraussichtlich zumindest um einen vorgebbaren Wert verlängert. Die Voraussagen erfolgen dabei mittels eines im Steuergerät abgelegten Voraussagemodells. Es ist somit ermöglicht, vorausschauend auf sich insbesondere ungünstig ändernde oder verlaufende Betriebsbedingungen zu reagieren und eine
zumindest hinreichende Abgasreinigung zu gewährleisten.
In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Heizmaßnahme oder werden die Heizmaßnahmen der Auswahlliste in Abhängigkeit von einem Ladezu-
stand einer mit dem Elektromotor gekoppelten Batterie und in Abhängigkeit eines
abgeschätzten resultierenden Kraftstoffmehrverbrauchs und/oder einer abgeschätzten resultierenden Erhöhung einer Schadstoffrohemission derart ausgewählt, dass sich der kleinstmögliche Kraftstoffmehrverbrauch und/oder die kleinstmögliche Erhöhung der Schadstoffrohemission ergeben. Damit ist eine Optimierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionsverhalten ermöglicht, sodass immer die minimal
möglichen Gesamtemissionen dargestellt werden
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein erster Kühlmittelkreislauf zur Temperierung des Verbrennungsmotors mit einer ersten elektrischen Kühlmittelpumpe betrieben und ein hiervon getrennter zweiter Kühlmittelkreislauf zur Temperierung des Elektromotors wird mit einer zweiten elektrischen Kühlmittelpbumpe betrieben, wobei die erste Kühlmittelpumpe mit einer im Vergleich zur zweiten Kühlmittelpumpe höheren elektrischen Betriebsspannung betrieben wird. Die erste Kühlmittelpumpe ist vorzugsweise leistungs- und durchsatzstärker ausgelegt als die zweite Kühlmittelpbumpe. Eine hierfür leistungsangepasste Spannungsversorgung ermöglicht eine optimale Bauteilauslegung. Bevorzugt ist die erste Kühlmittelpumpe an die Traktionsbatterie angeschlossen, während die zweite Kühlmittelbumpe an
eine Bordbatterie für den Betrieb von Kleinverbrauchern angeschlossen ist.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird für den ersten und/oder den zweiten Kühlmittelkreislauf ein Kühlmittelmindestdurchsatz ermittelt und zur Einstellung des Kühlmittelmindestdurchsatzes werden in Abhängigkeit von Betriebsparametern zumindest des Antriebssystems eine Drehzahl der ersten und/oder der zweiten Kühlmittelpumpe im Vergleich zu einer jeweiligen Nenndrehzahl gegebenenfalls vermindert. Bevorzugt erfolgt eine Drehzahlverminderung hauptsächlich in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors bzw. des Elektromotors und/oder in Abhängigkeit von der jeweiligen Kühlmitteltemperatur. Eine gegebenenfalls vorgenommene Drehzahlverminderung kann auch in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der folgenden Größen erfolgen: Umgebungstemperatur, Ölsumpftemperatur, einer Temperatur im Niederdruckabgasrückführzweig, einer Zylinderkopftemperatur, dem Betrieb einer Innenraumklimatisierung, einer Temperatur eines gegebenenfalls
an einen der Kühlmittelkreisläufe angeschlossenen Reduktionsmitteldosierventils.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nichteinschränkender Ausführungsbei-
spiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Darin
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems mit angeschlosse-
nem Abgasreinigungssystem für das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
eines Abgasreinigungssystems für das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform
eines Abgasreinigungssystems für das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufsystems für das
erfindungsgemäße Hybridfahrzeug, und
Fig. 5 ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung von Grundzügen des
erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
Das in Fig. 1 summarisch mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete, lediglich beispielhaft und schematisch dargestellte Antriebssystem des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs umfasst als Antriebseinheiten einen Verbrennungsmotor 2 sowie einen Elektromotor 3. Der vorzugsweise als Dieselmotor ausgeführte Verbrennungsmotor 2 ist über eine Kupplung 4 an ein Getriebe 5 angeschlossen. Der Elektromotor 3 ist ebenfalls an das Getriebe 5 angeschlossen und kann ebenso wie der Verbrennungsmotor 2 Antriebsleistung über das Getriebe 5 und eine abgehende Antriebswelle 6 an Räder des Hybridfahrzeugs abgeben. Hierzu wird im Falle des Verbrennungsmotors 2 diesem über ein nicht dargestelltes Kraftstoffzufuhrsystem Kraftstoff in dessen ebenfalls nicht dargestellte Brennräume zugeführt, dort verbrannt und dabei mechanische Energie erzeugt. Der Elektromotor 3 ist zur Erzeugung von Bewegungsenergie bzw. Antriebsleistung an eine nicht dargestellte Traktionsbatterie
angeschlossen.
Bei geöffneter Kupplung 4 kann lediglich der Elektromotor 3 Antriebsleistung über das Getriebe 5 und die abgehende Antriebswelle 6 an Räder des Hybridfahrzeugs abgeben. Umgekehrt kann bei einem Schubbetrieb des Hybridfahrzeugs dessen
Bewegungsenergie durch den auch als Generator betreibbaren Elektromotor 3 in
elektrische Energie umgewandelt und in die Traktionsbatterie eingespeist und diese
somit aufgeladen werden.
Bei geschlossener Kupplung 4 kann auch der Verbrennungsmotor 2 Antriebsleistung über das Getriebe 5 und die abgehende Antriebswelle 6 an Räder des Hybridfahrzeugs abgeben. Bei einem Schubbetrieb des Hybridfahrzeugs kann der Verbrennungsmotor 2 geschleppt werden und somit Bewegungsenergie des Hybridfahrzeugs aufnehmen. Andererseits kann auch vorgesehen sein, dass vom Verbrennungsmotor 2 abgegebene mechanische Energie zum Elektromotor 2 übertragen wird und von
diesem im Generatorbetrieb zum Laden der Traktionsbatterie genutzt wird.
Durch die für das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug vorgesehenen Wirkverbindungen zwischen den Motoren 2, 3 einerseits und zwischen den Antriebsrädern des Hybridfahrzeugs und den Motoren 2, 3 andererseits, kann das Hybridfahrzeug sowohl vom Verbrennungsmotor 2 allein, als auch vom Elektromotor 3 allein, als auch von beiden Motoren 2,3 in vorgebbarer Leistungsaufteilung angetrieben werden. Außerdem ist es möglich, dass bei einem Schubbetrieb des Hybridfahrzeugs dessen Bewegungsenergie teilweise auf den Verbrennungsmotor 2 allein oder den Elektromotor 3 allein oder in vorgebbarer Aufteilung auf beide Motoren 2, 3 übertra-
gen wird.
Zur Verbrennung von Kraftstoff bezieht der Verbrennungsmotor 2 Verbrennungsluft aus der Umgebung über eine Luftzufuhrleitung 11. Der Durchsatz der Verbrennungsluft kann mittels einer in der Luftzufuhrleitung 11 angeordneten einstellbaren Ansaugluftdrossel 14 gegebenenfalls gedrosselt werden. Das bei der Kraftstoffverbrennung entstehende Abgas wird über eine Abgasleitung 20 und ein darin angeordnetes Abgasreinigungssystem 10 abgeleitet. Das Abgasreinigungssystem 10 weist ein elektrisches Heizelement und nachgeschaltet mehrere der Abgasreinigung, insbesondere der NOx-Entfernung dienende Abgasreinigungskomponenten auf, worauf
weiter unten näher eingegangen wird.
In Abgasströmungsrichtung gesehen vor dem Abgasreinigungssystem 10 ist eine Turbine 9 eines Abgasturboladers 7 angeordnet, welche einen zugeordneten Kompressor 8 in der Luftzufuhrleitung 11 antreiben kann. Die Turbine 9 ist vorliegend
als Turbine mit variabel einstellbarer Schaufelstellung ausgebildet.
Der Verbrennungsluft kann Abgas über eine Niederdruck-Abgasrückführleitung (NDAGR-Leitung) 12 sowie über eine Hochdruck-Abgasrückführleitung (HD-AGRLeitung) 15 zugemischt werden. Dabei zweigt die ND-AGR-Leitung vom Abgasreinigungssystem 10 ab, die HD-AGR-Leitung 15 zweigt vor der Turbine 9 von der Abgasleitung 20 ab.
Die Menge von über die ND-AGR-Leitung 12 zugemischtem Abgas kann über ein zwischen Ansaugluftdrossel 14 und Kompressor 8 angeordnetes einstellbares NDAGR-Ventil 13 eingestellt werden. Die Menge von über die HD-AGR-Leitung 15 zugemischtem Abgas kann über ein hinter dem Kompressor 8 in der Luftzufuhrleitung 11 angeordnetes, einstellbares HD-AGR-Ventil 16 eingestellt werden. Es kann jedoch auch ein gemeinsames AGR-Ventil für die HD-AGR-Leitung 15 und die ND-AGR-Leitung 12 vorgesehen sein. Vorzugsweise ist sowohl in der ND-AGRLeitung 12 als auch in der HD-AGR-Leitung 15 jeweils ein gegebenenfalls auch umgehbar ausgeführter Kühler für rückgeführtes Abgas vorgesehen, was hier nicht gesondert dargestellt ist. Das ND-AGR-Ventil 13 ist jedoch nicht zwingend
notwendig.
Zur Steuerung des Betriebs von Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor 3 sowie zur Ansteuerung der AGR-Ventile 13, 16, der Ansaugluftdrossel 14 und der Turbine 9 ist ein Steuergerät vorgesehen, welches mit Steuerleitungen mit den anzusteuernden Komponenten verbunden ist, was im Einzelnen nicht dargestellt ist. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Gasfördereinrichtung, welche insbesondere bei stehendem Verbrennungsmotor 2 und bestromtem Heizelement ein Gas, insbesondere Luft
stromauf des Heizelements dem Abgasreinigungssystem 10 zuführen kann.
Was das Abgasreinigungssystem 10 betrifft, so ist eine erste vorteilhafte Ausführungsform schematisch in Fig. 2 dargestellt. Dieses Abgasreinigungssystem 10 weist in der Abgasleitung 20 in Hauptabgasströmungsrichtung 21 gesehen hintereinander in dieser Reihenfolge ein elektrisches Heizelement 22 und als Abgasreinigungskomponenten einen NOx-Speicherkatalysator als erste oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente 23, eine erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente, eine zweite SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente 25, sowie einen Oxidationskatalysator als zweite oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente 26 auf. Dabei sind das elektrisches Heiz-
element 22 und der NOx-Speicherkatalysator 23 in einem gemeinsamen Gehäuse
eng benachbart zueinander angeordnet, wobei dieses Gehäuse verbrennungsmotornah, vorzugsweise direkt an die Turbine 9 (Fig. 1) angeflanscht, montiert ist. Ebenfalls eng benachbart in einem gemeinsamen Gehäuse, jedoch vorzugsweise verbrennungsmotorfern in einem Unterbodenbereich des Hybridfahrzeugs, sind die zweite SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente 25 und der Oxidationskatalysator 26 angeordnet. Die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente ist vorliegend in einem separaten Gehäuse ebenfalls noch
verbrennungsmotornah
In Abgasströmungsrichtung 21 gesehen vor der zweiten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente 25 zweigt eine ND-AGR-Leitung 12 ab, über welche Abgas aus der Abgasleitung 20 abgeführt und der Verbrennungsluft für den Verbren-
nungsmotor 2 zugemischt werden kann.
Das als Widerstandsheizung ausgebildete elektrische Heizelement 22 weist vorzugsweise eine Wicklung oder Faltung von Metallfolien auf, welche von Abgas durchströmt werden kann. Wird das Heizelement 22 von der Traktionsbatterie mit Strom versorgt, heizen sich die Metallfolien und das sie umströmende Abgas auf. Dadurch kann wiederum Wärme auf die nachgeschalteten Abgasreinigungskomponenten 24, 25, 26 und insbesondere auf den NOx-Speicherkatalysator 23 übertragen
werden.
Der NOx-Speicherkatalysator 23 ist vorliegend als keramischer Wabenkörper mit einer Beschichtung ausgebildet (kann aber auch ein metallischer Wabenkö6örper sein), welche bei Kontakt mit insbesondere magerem Abgas darin enthaltenes NOx durch Chemisorption und/oder Physisorption binden und damit aus dem Abgas entfernen kann. Zusätzlich weist die Beschichtung eine oxidationskatalytische Wirkung auf. Der Prozess der NOx-Aufnahme setzt bei etwa 150 °C mit merklicher Geschwindigkeit ein und verläuft bis etwa 350 °C mit zunehmender Temperatur stetig rascher. Mit zunehmender Menge an aufgenommenem NOx lässt die Speicherfähigkeit von NOx allerdings nach. NOx schlüpft dann zunehmend durch den NOx-Speicherkatalysator 23, wobei in Abhängigkeit von der Temperatur mehr oder weniger große Anteile des mehrheitlich als Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas des Verbrennungsmotors 2 enthaltene NOx zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert werden. Dies verbessert jedoch typischerweise die NOx-Umsetzung durch die nachgeschalteten SCR-katalytisch
wirksamen Abgasreinigungskomponenten, welche typischerweise NOx mit größeren
NO2-Anteilen besonders effizient umsetzen können. Um die NOx-Aufnahmefähigkeit des NOx-Speicherkatalysators 23 bei eingetretener Sättigung wiederherzustellen, kann dieser regeneriert werden, wozu er vom Verbrennungsmotor mit fettem, d.h. reduzierend wirkendem Abgas beaufschlagt wird. Eingelagertes NOx wird dabei unter Reduktion zu Stickstoff (N2) desorbiert und mit dem Abgas ausgetragen. Eingelagertes NOx kann jedoch auch bei hohen Temperaturen von mehr als etwa 400 °C bis 450 °C thermisch desorbiert werden.
Die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente ist vorliegend als Partikelfilter 24 mit einer SCR-katalytisch wirksamen Beschichtung, nachfolgend vereinfacht als SDPF bezeichnet, ausgebildet. Aufgrund dieser Ausführung kann der SDPF 24 sowohl Partikel, insbesondere Rußpartikel aus dem Abgas austfiltern, als auch im Abgas enthaltenes NOx durch Reduktion mit im Abgas enthaltenem Ammoniak (NHs) katalytisch zu unschädlichem N2 reduzieren. Dabei setzt diese SCR-kataIytische Wirksamkeit ab etwa 150 °C ein und nimmt mit zunehmender Temperatur
rasch weiter zu.
Die zweite SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente 25 ist vorliegend als SCR-Katalysator in Wabenkörperform ausgebildet. In Bezug auf die SCR-kataly-
tische Wirksamkeit wird auf den oben beschrieben SDPF 24 verwiesen.
Der Oxidationskatalysator 26 dient hauptsächlich der oxidativen Entfernung von NHa, welches gegebenenfalls durch den SCR-Katalysator 25 schlüpft. Andere reduzierend wirkende Bestandteile wie HC oder CO können jedoch ebenfalls katalytisch oxidiert
werden.
Um den SDPF 24 und den SCR-Katalysator 25 zur Entfaltung ihrer SCR-katalytischen Wirkung mit NHs3 zu versorgen, sind ein erstes Dosierventil 29 eingangsseitig des SDPF 24 und ein zweites Dosierventil 32 eingangsseitig des SCR-Katalysators 25 in der Abgasleitung 20 montiert. Mit diesen unabhängig voneinander betreibbaren Dosierventilen 29, 32 kann dem Abgas ein NHes in freier oder gebundener Form enthaltenes Reduktionsmittel dosiert zugegeben werden. Als Reduktionsmittel kommt vorliegend wässrige Harnstofflösung zum Einsatz (kann aber auch gasförmiges NH3 sein), welche über separate Pumpen aus einem Tank den Dosierventilen 29, 32
zugeführt werden kann, was im Einzelnen nicht dargestellt ist.
Zur Messung von Temperaturen und Schadstoffkonzentrationen im Abgas sind diverse Sensoren in der Abgasleitung 20 verbaut. Vorliegend sind ein erster Temperatursensor 27 eingangsseitig des elektrischen Heizelements 22 und ein zweiter Temperatursensor 30 eingangsseitig des SDPF 24 vorgesehen. Ferner sind ein dritter Temperatursensor 33 eingangsseitig des SCR-Katalysators 25 und ein vierter Temperatursensor 34 ausgangsseitig des Oxidationskatalysators 26 vorgesehen. Weiter sind ein erster NOx-Sensor 28 eingangsseitig des SDPF 24 und ein zweiter NOx-Sensor 31 ausgangsseitig des SDPF 24 und vor dem Abzweig der ND-AGRLeitung 12 vorgesehen. Der zweite NOx-Sensor 31 kann jedoch auch hinter dem Abzweig der ND-AGR-Leitung 12 und vor dem SCR-Katalysator 25 montiert sein, es muss aber zwingend vor der zweiten Urea Dosierstelle positioniert sein. Ein weiterer, dritter NOx-Sensor 35 ist ausgangsseitig des Oxidationskatalysators 26 vorgesehen. Mittels der Temperatursensoren 27, 30, 33, 34 und der NOx-Sensoren 28, 31, 35 ist eine umfassende Überwachung von Temperatur und NOx-Gehalt des Abgases innerhalb des Abgasreinigungssystems 10 und der Leistungsfähigkeit der darin verbauten Abgasreinigungskomponenten ermöglicht. Hierzu sind die Sensoren an ein nicht dargestelltes Steuergerät angeschlossen, welches die entsprechenden
Signale auswerten kann.
In Fig. 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Abgasreinigungssystems 10 dargestellt, wobei die entsprechenden Bauteile, soweit sie mit den Teilen von Fig. 1 bzw. Fig. 2 übereinstimmen, durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Das in Fig. 3 dargestellte Abgasreinigungssystem ist ähnlich aufgebaut wie das Abgasreinigungssystem 10 der Fig. 2, weshalb nachfolgend lediglich auf die Unter-
schiede eingegangen wird.
Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist das Abgasreinigungssystem von Fig. 3 als erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente eine Kombination aus einem SDPF 24 und einem SCR-Katalysator 36 auf, welche eng benachbart in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Vorliegend ist der SDPF 24 in Abgasströmungsrichtung 21 gesehen vor dem SCRKatalysator 36 angeordnet. Es kann aber auch die umgekehrte Reihenfolge
vorgesehen sein.
In Fig. 4 ist lediglich schematisch ein bevorzugtes Kühlmittelkreislaufsystem des
erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs dargestellt. Soweit darin dargestellte Bauteile
mit denen der vorangegangenen Figuren übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Das Kühlmittelkreislaufsystem von Fig. 4 weist einen ersten Kühlmittelkreislauf 40 und einen hiervon getrennten zweiten Kühlmittelkreislauf 47 auf. Der erste Kühlmittelkreislauf 40 dient hauptsächlich der Kühlung des Verbrennungsmotors 2, wohingegen der zweite Kühlmittelkreislauf 47 hauptsächlich der Kühlung des Elektromotors 3 dient. Eine Kühlung des durch den Verbrennungsmotor 2 aufgeheizten Kühlmittels kann durch einen ersten, von Luft durchströmbaren Wärmetauscher 54 erfolgen, der im ersten Kühlmittelkreislauf 40 angeordnet ist. Analog dient ein zweiter Wärmetauscher 57 im zweiten Kühlmittelkreislauf 47 der Kühlung von durch den Elektromotor 3 aufgeheiztem Kühlmittel. Wie nachfolgend näher erläutert, weisen die Kühlmittelkreisläufe 40, 47 Zweigkreisläufe auf, welche der Kühlung bzw. Temperierung weiterer Bauteile dienen. Zudem sind Ausgleichs- bzw. Ausgasbehälter 58, 59 vorgesehen, welche insbesondere temperaturbedingte Volumen-
schwankungen des Kühlmittels in den Kühlmittelkreisläufen 40, 47 abfangen können.
Zur Förderung des Kühlmittels im ersten Kühlmittelkreislauf 40 ist eine erste elektrische Kühlmittelpumpe 50 vorgesehen, der zweite Kühlmittelkreislauf 47 weist hierfür eine zweite elektrische Kühlmittelpumpe 51 auf. Die erste Kühlmittelpumpe 50 ist an die Traktionsbatterie mit beispielsweise 48 V Nennspannung angeschlossen, während die demgegenüber leistungs- und durchsatzschwächer ausgelegte zweite Kühlmittelpumpe 51 an eine 12 V Bordbatterie angeschlossen ist. Die Kühlmittelpumpen 50, 51 können dabei auf vorgebbare Weise, beispielsweise durch Herunterregeln der Betriebsspannungen, drehzahlgeregelt betrieben werden. Dadurch können die Kühlmitteldurchsätze in den Kühlmittelkreisläufen 40, 47 bedarfsgerecht
eingestellt werden.
Im ersten Kühlmittelkreislauf 40 dem Verbrennungsmotor 2 zugeführtes Kühlmittel wird aus diesem abgeführt und kann in einem ersten Zweigkreislauf 41 einen der Innenraumheizung dienenden dritten Wärmetauscher 56 durchströmen. Weiter kann in einem zweiten Zweigkreislauf 44 das HD-AGR-Ventil 16 durchströmt und damit temperiert werden. Ein dritter Zweigkreislauf 45 dient der Schmiermitteltemperierung, wofür ein Ölkühler 53 von Kühlmittel durchströmt wird. Weiterhin ist ein durch eine gestrichelte Linie gekennzeichneter vierter Zweigkreislauf 42 vorgesehen, in welchem ein vierter Wärmetauscher 55 angeordnet ist, welcher zur Temperierung
von über die ND-AGR-Leitung 12 rückgeführtem Abgas dient. Ein weiterer, durch
eine gestrichelte Linie gekennzeichneter, fünfter Zweigkreislauf 43 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 dient der Temperierung des ersten Dosierventils 29. Für diesen fünften Zweigkreislauf 43 ist eine separate dritte Kühlmittelpumpe 60 vorgesehen. Diese ermöglicht eine vom Kühlmitteldurchsatz des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 weitgehende unabhängige Einstellung des Kühlmitteldurchsatzes im fünften Zweigkreislauf 43. Vorzugsweise ist die dritte Kühlmittelbumpe 60 an die 12 V Bordbatterie angeschlossen. Mittels einer den ersten Wärmetauscher 54 umgehenden Bypassleitung 46 und einem vorzugsweise als Dreiwegeventil ausgebildeten Regelventil 61 kann der Kühlmitteldurchsatz durch den ersten Wärmetauscher 54 und damit die durch ihn bewirkte Kühlwirkung gezielt beeinflusst werden. Außerdem ist eine Beeinflussung des Kühlmitteldurchsatzes insbesondere durch den ersten Zweigkreislauf 41, den zweiten Zweigkreislauf 44 und den dritten Zweigkreislauf 45
ermöglicht.
Im zweiten Kühlmittelkreislauf 47 für den Elektromotor 3 ist ebenfalls ein Zweigkreislauf vorgesehen. Dieser sechste Zweigkreislauf 48 dient der Temperierung von über die HD-AGR-Leitung 15 rückgeführtem Abgas, wozu ein fünfter Wärmetauscher 52
vorgesehen ist.
Nachfolgend wird anhand von Fig. 5 auf Grundzüge des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eingegangen. Dabei wird auch auf die vorigen Figuren Bezug genommen. Im Blockbild von Fig. 5 kennzeichnen durchgezogene Verbindungslinien Übergänge von in Form von Blöcken dargestellten Betriebszuständen. Gestrichelt gezeichnete Verbindungslinien kennzeichnen Daten- und Wirkverbindungen von Steuergerätefunktionsblöcken. Zur Erläuterung des Betriebsverfahrens wird nachfolgend ohne Einschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass der Verbrennungsmotor 2 des Hybridfahrzeugs ausgeschaltet ist bzw. sich in einem unbefeuerten Zustand ohne Kraftstoffzufuhr befindet. Das vorhergegangene Abschalten ist durch den Zustandsblock 65 dargestellt. Das Fahrzeug kann in diesem Zustand
entweder stehen oder sich In einem Fahrbetrieb befinden.
Wird festgestellt, dass in Kürze ein Start des Verbrennungsmotors 2 erfolgt, so werden Temperaturen im Abgasreinigungssystem 10 ermittelt. Bei abgestelltem Fahrzeug kann beispielsweise durch Erkennung einer Türschlossbetätigung festgestellt werden, dass in Kürze ein Start des Verbrennungsmotors 2 erfolgt. In
diesem Fall werden vorzugsweise nach einer Initialisierung des Steuergeräts
Temperaturen im Abgasreinigungssystem 10 ermittelt. Im Fahrbetrieb sowie bei kurzen Unterbrechungen im Start-Stopp-Betrieb werden bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 vorzugsweise ohnehin laufend die Temperaturen im Abgasreinigungssystem 10 ermittelt. Die Temperaturermittlung kann beispielsweise durch eine Auswertung von Messwerten der dort verbauten Sensoren erfolgen. Wird dabei festgestellt, dass eine oder mehrere vorgebbare Temperaturgrenzwerte unterschritten sind, so wird ein mit dem Zustandsblock 66 gekennzeichneter Vorheizbetrieb als erste Aufheizphase eines allgemeinen Aufheizbetriebs eingestellt. Ein Temperaturgrenzwert kann beispielsweise unterschritten sein, wenn die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 23 unterhalb einer vorgebbaren Temperatur von beispielsweise 150 °C liegt. Im Vorheizbetrieb wird das Heizelement 22, vorzugsweise beginnend mit einer Nennstromstärke, bestromt. Gleichzeitig wird Luft vor dem Heizelement 22 in die Abgasleitung 20 eingeblasen. Die Lufteinblasung kann durch eine geeignete Fördereinrichtung wie beispielsweise eine Sekundärluftpumpe vorgenommen werden. In Abhängigkeit vom zeitlichen Temperaturverlauf im Abgasreinigungssystem 10 kann speziell im Vorheizbetrieb 66 eine kontinuierliche oder anderweitige Abnahme der Heizleistung des Heizelements 22, beispielsweise durch eine pulsweiten modulierte Stromzufuhr vorgesehen sein. Die Einstellungen des Vorheizbetriebs 66 werden dabei vorliegend von einem insbesondere zur Steuerung der Aufheizung des Abgasreinigungssystems 10 vorgesehenen ersten Steuermodul 71 des Steuergeräts vorgenommen. Dabei kann auch eine Unterbrechung des Vorheizbetriebs vorgesehen sein, beispielsweise wenn eine Sekundärluftpumpe zur Lufteinblasung eine vorgegebene Grenzlaufzeit erreicht hat und deren Überhitzung droht. Nach ausreichender Abkühlung der Sekundärluftpumpe kann der Vorheizbetrieb mit Bestromung des Heizelements 22 und Lufteinblasung wieder aufgenommen werden. Wenn möglich wird der Vorheizbetrieb 66 zumindest solange fortgeführt, bis der NOx-Speicherkatalysator 23 zumindest eingangsseitig eine vorgebbare Temperatur von etwa 200 °C bzw. seine Anspringtemperatur zumindest
annähernd erreicht hat.
Wird vor einem Start des Verbrennungsmotors 2 festgestellt, dass eine für ein Starten des Vorheizbetriebs 66 maßgebliche Temperaturuntergrenze nicht unterschritten ist, so kann der Betriebszustand des Vorheizbetriebs 66 übersprungen werden und der Verbrennungsmotor 2 ohne Vorheizen des Abgasreinigungssystems
10 gestartet werden.
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Mit Starten des Verbrennungsmotors 2 geht dieser in einen befeuerten Betrieb über, was durch den Zustandsblock 67 gekennzeichnet ist. War zuvor der Vorheizbetrieb 66 aktiv, so wird die Beheizung des Heizelements 22 vorzugsweise nicht durch den Start des Verbrennungsmotors 2 unterbrochen. Vorzugsweise wird das Heizelement 22 mit Nennstromstärke bestromt, bis eine vorgebbare Temperatur im Abgasreinigungssystem 10 erreicht ist und danach die Heizleistung auf vorgebbare Weise vermindert. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen das Heizelement 22 mit Nennleistung zu beheizen, bis zumindest eine erste Zone des NOx-Speicherkatalysators 23 eine vorgebbare Temperatur von beispielsweise 200 °C erreicht hat. Es kann jedoch auch eine anderweitige Temperatur im Abgasreinigungssystem 10 als maßgebend
herangezogen werden.
Nach Erreichen eines stabilen Laufs des Verbrennungsmotors 2 und bevorzugt einer vorgebbaren Drehzahlgrenze kann die Lufteinblasung durch die Fördereinrichtung beendet werden und es wird ein durch den Block 68 gekennzeichneter Aufheizbetrieb als zweite Aufheizphase gestartet, sofern eine oder mehrere vorgebbare Temperaturgrenzwerte speziell im Abgasreinigungssystem 10 unterschritten sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine oder mehrere der Abgasreinigungskomponenten 23, 24, 25, 26, 36 unterhalb ihrer Betriebstemperatur liegen. Ist dies nicht der Fall, so kann der Aufheizbetrieb 68 übersprungen werden. Wird der Aufheizbetrieb 68 durchgeführt, so wird dieser mit seinen nachfolgend näher erläuterten Einstellungen ebenfalls vom ersten Steuermodul 71 des Steuergeräts
gesteuert.
Im Aufheizbetrieb 68 wird einerseits das Heizelement 22 vorzugsweise mit einem Bruchteil der Nennleistung beheizt und damit das Abgasreinigungssystem 10 weiter aufgeheizt. Vorzugsweise erfolgt eine Einstellung der Heizleistung zunächst in Abhängigkeit von der Temperatur und der NOx-Beladung des NOx-Speicherkatalysators 23. Diese können modellbasiert unter Berücksichtigung des vom ersten Temperatursensors 27 bereitgestellten Temperaturwerts und den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 2 ermittelt werden. Hat der NOx-Speicherkatalysator 23 eine vorgebbare Temperatur erreicht, die sich an der Fähigkeit zur Einspeicherung von NOx oder zur NO2-Bildung orientieren kann, so ist es vorzugsweise vorgesehen, die Heizleistung des Heizelements 22 in Abhängigkeit
von der Temperatur der ersten SCR-katalytischen Abgasreinigungskomponente 24
einzustellen. Hat diese ihre Betriebstemperatur erreicht, so erfolgt eine Einstellung der Heizleistung bevorzugt in Abhängigkeit von der Temperatur der zweiten SCR-
katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente 25.
Andererseits wird der Verbrennungsmotor 2 zunächst in einem ersten Heizbetriebsmodus betrieben. Bei diesem ersten Heizbetriebsmodus wird eine zusätzlich zur Haupteinspritzung vorgesehene frühe Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors 2 vorgenommen. Diese erfolgt vorzugsweise bei einem derart frühen Zeitpunkt nach der Haupteinspritzung, dass der nacheingespritzte Kraftstoff zumindest weitgehend im jeweiligen Brennraum verbrennt. Es handelt sich demnach um eine so genannte mitbrennende Nacheinspritzung mit Drehmomenterzeugung. Vorzugsweise erfolgt sie in einem Kurbelwinkelbereich von 20 ° bis 40 ° nach dem oberen Totpunkt. Dadurch wird besonders heißes Abgas erzeugt, wodurch das Abgasreinigungssystem 10 in Verbindung mit der vom Heizelement 22 aufgebrachten Heizwirkung rasch aufgeheizt werden kann. Im ersten Heizbetriebsmodus wird der Verbrennungsmotor ohne Niederdruck-Abgasrückführung betrieben. Für die Hochdruck-Abgasrückführung wird eine vorgebbare Abgasrückführrate geregelt eingestellt. Desgleichen erfolgt eine geregelte Einstellung der Schaufelstellungen der Turboladerturbine 9 sowie der Ansaugluftdrossel 14. Im ersten Heizbetriebsmodus wird der Verbrennungsmotor 2 außerdem so betrieben, dass der von ihm abgegebene Abgasmassenstrom eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet. Auf diese Weise werden gegebenenfalls schon mehr oder weniger katalytisch aktive Abgasreinigungskomponenten vor einer Überlastung mit zu entfernenden Schadstoffen bewahrt. Es ist daher vorgesehen, die obere Abgasmassenstromgrenze in Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einer bereits erreichten Leistungsfähigkeit von einer oder mehrerer der Abgasreinigungskomponenten 23, 24, 25, 26, 36 vorzugeben. Es kann zusätzlich auch vorgesehen sein den Verbrennungsmotor 2 so zu steuern, dass eine vorgebbare untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschritten wird. Vorzugsweise wird ein Abgasmassenstrombereich vorgegeben, der mit zunehmender Aufheizung des Abgasreinigungssystems 10 vergrößert wird. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die obere Abgasmassenstromgrenze in Abhängigkeit einer oberen Temperaturgrenze und/oder die untere Abgasmassenstromgrenze in Abhängigkeit einer unteren Temperaturgrenze für eine oder mehrere der Abgasreinigungskomponenten 23, 24, 25, 26, 36 festgelegt wird.
Eine Einstellung der jeweiligen Abgasmassenstromgrenze erfolgt bevorzugt durch Einstellung eines vom Verbrennungsmotor 2 abgegebenen Drehmoments. Im Falle einer vorgesehenen oberen Abgasmassenstromgrenze wird das vom Verbrennungsmotor 2 abgegebene Drehmoment auf einen mit der oberen Abgasmassenstromgrenze korrespondierenden Wert begrenzt. Wird vom Fahrer des Fahrzeugs ein diese Drehmomentgrenze übersteigendes Drehmoment angefordert, wird der Elektromotor 3 dementsprechend zur Abgabe des zusätzlich angeforderten Drehmoments bestromt. Soll eine untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschritten werden und es wird vom Fahrer lediglich ein dementsprechend zu geringes Drehmoment angefordert, so kann das vom Verbrennungsmotor 2 abgegebene Überschussmoment zum Laden der Traktionsbatterie eingesetzt werden. Hierzu treibt der Verbrennungsmotor 2 den in einen Generatorbetrieb geschalteten
Elektromotor 3 entsprechend an.
Wird im Aufheizbetrieb 68 die Anspringtemperatur des SDPF 24 bzw. die Anspringtemperatur des SCR-Katalysators 36 von typischerweise etwa 150 °C erreicht bzw. überschritten, so wird das erste Dosierventil 29 zur Abgabe einer
vorgebbaren Reduktionsmittelmenge betätigt.
Wird für eine oder mehrere der Abgasreinigungskomponenten 23, 24, 25, 26, 36 eine vorgebbare Temperaturgrenze erreicht, wird bei weiterhin bestromtem Heizelement 22 der Betrieb des Verbrennungsmotors 2 auf einen zweiten Heizbetriebsmodus umgestellt. Eine hierfür maßgebliche Temperaturgrenze kann beispielsweise durch eine Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 23 von etwa 200 °C gegeben sein. Ein Umschalten auf den zweiten Heizbetriebsmodus kann auch dann erfolgen, wenn der NOx-Speicherkatalysators eine Temperatur erreicht hat, bei welcher eine Effizienz für die NOx-Einspeicherung oder für die NO2-Bildung wenigstens
annähernd maximal ist.
Im zweiten Heizbetriebsmodus ist zusätzlich oder anstelle der frühen Kraftstoffnacheinspritzung eine späte Kraftstoffnacheinspritzung vorgesehen. Diese wird als so genannte nicht mitbrennende und allenfalls gering dzehmomentwirksame Nacheinspritzung bei einem Kurbelwinkel von etwa 150 °C nach dem oberen Totpunkt ausgeführt. Dabei bleibt ein Sauerstoffüberschuss des vom Verbrennungsmotor 2 abgegebenen Abgases vorzugsweise erhalten. Auf diese Weise wird das Abgas des Ver-
brennungsmotors 2 mit unverbrannten Kraftstoffbestandteilen angereichert. Diese
können an dem bereits oxidationskatalytisch wirksamen NOx-Speicherkatalysator 23 aufgrund des mageren Abgases unter weiterer Wärmefreisetzung oxidiert werden. Dementsprechend kann die Heizleistung des Heizelements 22 auf einen niedrigeren
vorgebbaren Wert zurückgefahren werden.
Eine Begrenzung oder Eingrenzung des Abgasmassenstroms bleibt vorzugsweise erhalten. Es können jedoch im Vergleich zum ersten Heizbetriebsmodus geänderte Werte für die obere und/oder die untere Abgasmassenstromgrenze vorgesehen sein. Analoges gilt auch für die Hochdruck-Abgasrückführung, die Turbolader- und Ansaugluftdrossel-Einstellungen. Die Einstellung der Abgasmassenstromgrenzwerte erfolgt dabei wie weiter oben beschrieben in Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einer bereits erreichten Leistungsfähigkeit von einer oder mehrerer der
Abgasreinigungskomponenten 23, 24, 25, 26, 36.
Erreicht oder überschreitet im Aufheizbetrieb 68 die zweite SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente 25 eine vorgebbare Temperatur von etwa 150 °C, so wird das zweite Dosierventil 32 zur Abgabe einer vorgebbaren Reduktionsmittel-
menge betätigt.
Haben die Abgasreinigungskomponenten 23, 24, 25, 26, 36 ihre Betriebstemperatur erreicht, spritzen die Dosierventile 29, 32 mengengeregelt Harnstofflösung ins
Abgas. In diesem Fall wird ein Normalbetrieb 69 aufgenommen.
Im Normalbetrieb 69 sind die Heizmaßnahmen des Aufheizbetriebs 68 deaktiviert. Das heißt, das Heizelement 22 ist abgeschaltet und eine frühe bzw. späte Kraftstoffnacheinspritzung unterbleiben. Zusätzlich zur geregelten Hochdruck-Abgasrückführung wird eine geregelte Niederdruck-Abgasrückführung aktiviert. Weiterhin erfolgt eine geregelte Einstellung der Schaufelstellung der Abgasturboladerturbine 9. Die Drosselwirkung der Ansaugluftdrossel 14 kann durch eine Kennfeldsteuerung erfolgen. Vorliegend übernimmt ein insbesondere für den Normalbetrieb 69 vorgesehenes zweites Steuermodul 72 des Steuergeräts die Steuerung und Einstellung der Betriebsparameter. Dabei kann das zweite Steuermodul 72 den Verbrennungsmotor 2 so steuern, dass dieser entweder in einem bezüglich des spezifischen Kraftstoffverbrauchs oder in einem bezüglich der Roh-NOx-Emissionen minimierten Betriebsmodus betrieben wird, um immer die minimal möglichen Gesamtemissionen
gewährleisten zu können. Dies erfolgt erfindungsgemäß in Abhängigkeit von
ermittelten NOx-Emissionswerten für das innerhalb eines vorgebbaren zurückliegenden Zeitraums oder einer zurückliegenden Fahrstrecke an die Umgebung abgegebene Abgas oder abhängig von geschätzten NOxEmissionswerten eines bevorstehenden Zeitraums oder einer bevorstehenden Fahrstrecke. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des maßgeblichen NOxEmissionswerts bzw. der maßgeblichen NOx-Emissionswerte in einem separaten NOx-Emissionsermittlungsmodul 73. Im NOx-Emissionsermittlungsmodul 73 werden beispielsweise anhand eines Rechenmodells oder anhand von Messwerten des endseitigen dritten NOx-Sensors 35 NOx-Emissionssummenwerte für an die Umgebung abgegebenes Abgas in einer bezüglich des aktuellen Zeitpunkts zurückliegenden vorgegebenen Fahrtstrecke und/oder Fahrtzeit ermittelt. Als zurückliegende Fahrtstrecke können beispielsweise die letzten 3 km oder 6 km oder die seit dem letzten Verbrennungsmotorstart zurückgelegte Strecke berücksichtigt werden. Wird zur Ermittlung eines fahrstrecken- oder zeitbezogenen NOx-Emissionssummenwerts ein Rechenmodell eingesetzt, so erfolgt die Ermittlung beispielsweise anhand abgespeicherter Kennlinien oder Kennfeldern für die NOx-Umsatzeffizienzen des NOx-Speicherkatalysators 23 und der SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten des Abgasreinigungssystems 10, des Gesamtabgasmassenstroms und der betriebspunktabhängigen NOx-Rohemission des Verbrennungsmotors 2. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen in den Kennlinien bzw. Kennfeldern Abhängigkeiten der NOx-Umsatzeffizienzen von Temperatur, Abgasdurchsatz und Alterungszustand vorzuhalten. Modellbasiert ermittelte NOx-Emissionssummenwerte können durch Vergleich mit einem über die Messwerte des endseitigen dritten NOx-
Sensors 35 korrigiert bzw. plausiblisiert werden.
Vorliegend sendet das NOx-Emissionsermittlungsmodul 73 den ermittelten NOxSummenwert oder die ermittelten NOx-Summenwerte an das zweite Steuermodul 72. Wird eine vorgebbare NOx-Emissionsgrenze für einen oder mehrere der ermittelten NOx-Summenwerte erreicht oder überschritten, so schaltet das zweite Steuermodul 72 den Verbrennungsmotor 2 in einen Normalbetriebsmodus mit minimierter RohNOx-Emission, um immer die minimal möglichen Gesamtemissionen gewährleisten zu können. Im anderen Fall wird ein Normalbetriebsmodus mit minimiertem spezifi-
schen Kraftstoffverbrauch eingestellt.
Mittels der im Abgasreinigungssystem 10 verbauten Temperatursensoren 27, 30, 33, 34 werden die Temperaturen der Abgasreinigungskomponenten insbesondere im Normalbetrieb fortlaufend überwacht. Vorliegend erfolgt dies in einem dem Steuergerät zugeordneten Temperaturermittlungsmodul 75. Erfindungsgemäß umfasst die Überwachung eine modellbasierte rechnerische Auswertung in Bezug auf einen zu erwartenden weiteren zukünftigen Temperaturverlauf. Wird dabei festgestellt, dass eine oder mehrere der Abgasreinigungskomponenten 23, 24,25, 26, 36 innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne ab dem aktuellen Zeitpunkt ihre Betriebstemperatur oder temperaturbedingt eine vorgebbare Leistungsfähigkeit unterschreiten, so wird dies dem zweiten Steuermodul 72 des Steuergeräts übermittelt. Das zweite Steuermodul 72 stellt daraufhin Betriebsbedingungen eines Aufrechterhaltungs-
Heizbetriebs 70 ein.
Im Aufrechterhaltungs-Heizbetriebs 70 werden aus einer Auswahlliste von möglichen Heizmaßnahmen eine oder mehrere Heizmaßnahmen ausgewählt und eingestellt. Dabei erfolgt die Auswahl der Heizmaßnahme oder der Heizmaßnahmen unter der Maßgabe, dass sich bei deren Ergreifen der Betrieb der Abgasreinigungskomponenten mit wenigstens annähernder Betriebstemperatur zumindest um eine vorgebbare Zeitspanne verlängert. Weiterhin wird aus den sich gegebenenfalls ergebenden Kombinationsmöglichkeiten von Heizmaßnahmen diejenige ausgewählt, welche die kleinstmögliche Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und/oder der an die Umgebung abgegebenen NOx-Emission ergibt. Ist ein vorgebbare NOx-Emissionssummenwert für eine bestimmte zurückgelegte Fahrstrecke oder Fahrzeit überschritten, wird vorzugsweise diejenige Heizmaßnahme ausgewählt, für welche sich die kleinstmögliche Erhöhung der NOx-Emission ergibt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die im NOx-Emissionsermittlungsmodul 73 ermittelten NOx-Summenwerte auch an das den Aufrechterhaltungsbetrieb 70 steuernde dritte Steuermodul 74 übermittelt werden. Andererseits ist es vorzugsweise vorgesehen, dass im Temperaturermittlungsmodul 75 ermittelten Ergebnisse der fortlaufenden Temperaturüberwachung ebenfalls an das dritte Steuermodul 74 übermittelt werden. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob die ergriffene Heizmaßnahme oder die ergriffenen Heizmaßnahmen die erwünschte Wirkung erzielen, insbesondere in Bezug auf ein verlängertes Verbleiben der Abgasreinigungskomponenten auf Betriebstemperatur. Wird ein weiteres Absinken einer Temperatur oder Leistungsfähigkeit von einer oder mehrere der
Abgasreinigungskomponenten 23, 24,25, 26, 36 festgestellt oder prognostiziert, kann
eine weitere Heizmaßnahme aus der Auswahlliste ausgewählt und zugeschaltet werden. Andererseits kann die Heizmaßnahme zurückgefahren oder abgeschaltet werden, wenn festgestellt wird, dass die Abgasreinigungskomponenten sowieso
voraussichtlich wieder lange genug auf Betriebstemperatur gehalten werden können.
Bei der Auswahl einer Heizmaßnahme wird vorzugsweise zusätzlich der Ladezustand der Traktionsbatterie berücksichtigt. Eine den Ladezustand der Batterie verringernde Heizmaßnahme wird nicht ergriffen, falls der Ladezustand einen vorgebbaren unteren Grenzwert unterschreitet oder wenn dieser infolge der Heizmaßnahme unterschritten würde. Andererseits wird eine den Ladezustand der Batterie erhöhende Heizmaßnahme nicht ergriffen, wenn die Batterie bereits voll
oder annähernd voll geladen ist.
Die Auswahlliste für die im Aufrechterhaltungsheizbetrieb 70 zu ergreifenden Maßnahmen kann zumindest folgende Heizmaßnahmen umfassen.
- Bestromung des Heizelements 22 mit vorgebbarer Heizleistung
- Frühe Kraftstoffnacheinspritzung
- Späte Kraftstoffnacheinspritzung
- Erhöhung der vom Verbrennungsmotor abgegebenen mechanischen Leistung. Dabei kann im letztgenannten Fall eine vom Elektromotor 3 abgegebene Antriebsleistung zugunsten der vom Verbrennungsmotor 2 abgegebenen Antriebsleistung vermindert werden. Trägt der Elektromotor 3 nicht zum Fahrzeugantrieb bei, kann eine nicht für den Fahrzeugantrieb benötigter Anteil der vom Verbrennungsmotor 2 erzeugten Antriebsleistung zum im Generatorbetrieb laufenden Elektromotor 3 über-
tragen und zum Laden der Traktionsbatterie genutzt werden.
Wird nach Ergreifen der Heizmaßnahme oder der Heizmaßnahmen beispielsweise im Temperaturermittlungsmodul 75 festgestellt, dass die Temperaturen der Abgasreinigungskomponenten wieder soweit angestiegen sind, dass ein Normalbetrieb ohne zusätzliche Heizmaßnahme voraussichtlich wieder über eine vorgebbare Zeitspanne hinweg möglich ist, so wird der Zustand des Aufrechterhaltungs-Heizbetriebs
70 beendet und wieder in den Normalbetrieb 69 übergegangen.
Eine weitere, den Energieverbrauch des Hybridfahrzeugs insgesamt verringernde Maßnahme kann darin liegen, dass eine ohnehin von Zeit zu Zeit erforderliche ener-
gieverzehrende Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 23 während des Auf-
heizbetriebs 68 vorgenommen bzw. in diesen eingeschoben wird. Hierzu wird der Betrieb des Verbrennungsmotors 2 so gesteuert, dass zumindest zeitweise ein insgesamt reduzierend wirkendes Abgas ausgestoßen wird. Dies kann mittels einer späten Kraftstoffnacheinspritzung erfolgen. Eine frühe Kraftstoffnacheinspritzung kann zusätzlich vorgesehen sein. Gleichzeitig wird der Verbrennungsmotor 2 so betrieben, dass der von ihm abgegebene Abgasmassenstrom zwischen einer vorgebbaren oberen und einer vorgebbaren unteren Abgasmassenstromgrenze liegt. Die Abgasmassenstromgrenzen sind vorzugsweise in Abhängigkeit von ein oder mehreren Temperaturen im Abgasreinigungssystem 10 in einem Kennfeld abgespeichert. Es ist außerdem vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor 2 dabei mit einer Mindestlast von etwa 3 bar Mitteldruck betrieben wird. Falls notwendig kann hierfür der Verbrennungsmotor 2 so betrieben werden, dass eine für den Fahrzeugantrieb nicht erforderliche mechanische Überschussleistung erzeugt wird, die über den im Generatorbetrieb laufenden Elektromotor 3 zum Aufladen der Traktionsbatterie genutzt wird. Umgekehrt kann falls erforderlich die vom Verbrennungsmotor 2 abgegeben Antriebsleistung zugunsten einer vom Elektromotor 3 aufgebrachten
Antriebsleistung vermindert werden.
Es kann auch vorgesehen sein, eine zumindest teilweise Regeneration des NOxSpeicherkatalysators 23 im Nachlauf zu einem Abschalten des Verbrennungsmotors 2 vorzunehmen. Hierzu wird unmittelbar nach einem Abschalten des Verbrennungsmotors das Heizelement 22 bestromt, so dass der NOx-Speicherkatalysator 23 aufgeheizt wird und eingespeichertes NOx thermisch desorbieren kann. Typischerweise erfolgt hierzu mittels des Heizelements 22 eine Aufheizung des NOx-Speicherkatalysators 23 auf eine Temperatur von 400 °C bis 450 °C. Infolge der Desorption von zuvor eingespeichertem NOx steht bei einem Neustart des Verbrennungsmotors 2 ein zumindest teilweise regenerierter NOx-Speicherkatalysator 23 zur Verfügung. Somit ist eine Entfernung von NOx aus dem Abgas schon sehr rasch nach einem
Neustart bzw. Kaltstart ermöglicht.
Gleichzeitig mit der Bestromung des Heizelements nach Abschalten des Verbrennungsmotors 2 wird durch eine Gasfördereinrichtung wie beispielsweise einer Sekundärluftpumpe Luft stromauf des Heizelements 22 in die Abgasleitung 20 geblasen. Damit wird ein Durchbrennen des Heizelements 22 verhindert und
desorbierendes NOx wird durch die nachgeschalteten SCR-katalytisch wirksamen
Abgasreinigungskomponenten gefördert. Damit NOx nicht an die Umwelt abgegeben wird, ist es vorgesehen, das erste Dosierventil 29 und/oder das zweite Dosierventil 32 zur Abgabe von Harnstofflösung ins Abgas zu betätigen. Mit der durch die Sekundärluftpumpe eingeblasenen Luft zum SDPF 24 bzw. SCR-Katalysator 25 gefördertes NOx kann somit von diesen SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten zu unschädlichem N2 reduziert werden. Sind eine oder alle dieser Komponenten nicht auf Betriebstemperatur, kann die Zugabe von Harnstofflösung auch unterbleiben. Es kann in diesem Fall auch vorgesehen sein, auf die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 23 durch thermische NOx-Desorption
nach Abschalten des Verbrennungsmotors 2 zu verzichten.
Für die Nachlaufphase mit Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 23 nach Abschalten des Verbrennungsmotors 2 kann eine vergleichsweise kurze Dauer von
weniger als etwa 30 s ausreichend sein.
Eine Verminderung des Kraftstoffverbrauchs kann auch durch einen leistungsverminderten Betrieb der Kühlmittelpumpen 50, 51 erzielt werden. Zur Erläuterung einer bevorzugten Vorgehensweise wird nachfolgend erneut auf Fig. 4 Bezug
genommen.
Um eine Verminderung der Leistungsaufnahme der ersten Kühlmittelpbumpe 50 und/oder der zweiten Kühlmittelpbumpe 51 zu erzielen, werden diese gegebenenfalls bei einer gegenüber der Nenndrehzahl verminderten Drehzahl betrieben. Vorzugsweise erfolgt dies in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der folgenden erfassten Betriebsgrößen (oder auch weiteren):
- Umgebungstemperatur
- Schmiermittel- bzw. Ölsumpftemperatur
- Temperatur im Niederdruck-Abgasrückführzweig
- Zylinderkopftemperatur
- Innenraum-Klimatisierungseinstellbarameter
- Temperatur erstes Dosierventil 29
- Drehzahl Verbrennungsmotor 2
- Drehzahl Elektromotor 3
- Kühlmitteltemperatur im ersten Kühlmittelkreislauf 40
- Kühlmitteltemperatur im zweiten Kühlmittelkreislauf 47.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von wenigstens einer der aufgeführten Betriebsgrößen ein Kühlmittelmindestdurchsatz für den ersten Kühlmittelkreislauf 40 und/oder den zweiten Kühlmittelkreislauf 47 ermittelt. Dies kann beispielsweise durch Rückgriff auf vorab abgespeicherte Kennfelder erfolgen, in welchen ein diesbezüglicher Einfluss der oben aufgeführten Betriebsgrößen abgebildet ist. Ist der ermittelte Kühlmittelmindestdurchsatz kleiner als der aktuelle Durchsatz, wird die Drehzahl der entsprechenden Kühlmittelpumpe reduziert. Daraus resultiert ein geringerer Kühl-
mitteldurchsatz und ein verringerter Bedarf an elektrischer Leistung.
Speziell für den ersten Kühlmittelkreislauf 40 kann zusätzlich eine Regulierung des Kühlmitteldurchsatzes und eine Steuerung von dessen Verteilung auf die Zweigkreisläufe durch Betätigung des Dreiwegeventils 61 vorgesehen sein. Insbesondere wenn die Temperatur des Kühlmittels im ersten Kühlmittelkreislauf 40 noch unterhalb einer Zieltemperatur liegt bzw. der Verbrennungsmotor 2 noch nicht ausreichend aufgewärmt ist, wird das Dreiwegeventil 61 so betätigt, dass der erste Wärmetauscher 54 nicht oder allenfalls in vermindertem Maße von Kühlmittel durchströmt
wird. Kühlmittel wird stattdessen über die Bypassleitung 46 geleitet.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführungsform und Betriebsweise ein besonders energiesparender und
emissionsarmer Betrieb des Hybridfahrzeugs ermöglicht.
Bezugszeichenliste
1
10 11 12 13 14 15 16 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Antriebssystem Verbrennungsmotor Elektromotor
Kupplung
Getriebe
Antriebswelle Abgasturbolader Kompressor
Turbine Abgasreinigungssystem Luftzufuhrleitung ND-AGR-Leitung ND-AGR-Ventil Ansaugluftdrossel HD-AGR-Leitung HD-AGR-Ventil Abgasleitung Hauptabgasströmungsrichtung Heizelement NOx-Speicherkatalysator Erste SCR-katalytische Abgaseinigungskomponente Zweite SCR-katalytische Abgasreinigungskomponente Oxidationskatalysator Erster Temperatursensor Erster NOx-Sensor
Erstes Dosierventil Zweiter Temperatursensor Zweiter NOx-Sensor Zweites Dosierventil Dritter Temperatursensor Vierter Temperatursensor Dritter NOx-Sensor SCR-Katalysator
AVL List GmbH
40 Erster Kühlmittelkreislauf
41 Erster Zweigkreislauf
42 Vierter Zweigkreislauf
43 Fünfter Zweigkreislauf
44 Zweiter Zweigkreislauf
45 Dritter Zweigkreislauf
46 Bypassleitung
47 Zweiter Kühlmittelkreislauf
48 Sechster Zweigkreislauf
50 Erste Kühlmittelpumpe
51 Zweite Kühlmittelpbumpe
53 Ölkühler
54 Erster Wärmetauscher
55 Vierter Wärmetauscher
56 Dritter Wärmetauscher
57 Zweiter Wärmetauscher
58 Ausgleichsbehälter
59 Ausgleichsbehälter
60 Dritte Kühlmittelpbumpe
61 Regelventil
65 Zustandsblock Abschalten Verbrennungsmotor 66 Zustandsblock Vorheizen
67 Zustandsblock Start Verbrennungsmotor 68 Zustandsblock Aufheizbetrieb
69 Zustandsblock Normalbetrieb
70 Zustandsblock Aufrechterhaltungs-Heizbetrieb 71 Erstes Steuermodul
72 Zweites Steuermodul
73 NOx-Emissionsermittlungsmodul 74 Drittes Steuermodul
75 Temperaturermittlungsmodul

Claims (19)

Patentansprüche
1. Hybridkraftfahrzeug, mit einem einen Verbrennungsmotor (2) und einen
Elektromotor (3) aufweisenden Antriebssystem (1), umfassend
- ein an den Verbrennungsmotor (2) des Fahrzeugs angeschlossenes Abgasreinigungssystem (10) mit einem elektrischen Heizelement (22) und mehreren der Abgasreinigung dienenden, insbesondere in Bezug auf eine NOx-Verminderung katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten und
- ein Steuergerät zur Steuerung eines Betriebs von Antriebssystem (1) und Abgasreinigungssystem (10),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät dazu ausgelegt ist den Betrieb des Antriebssystems (1) So zu
steuern, dass ein vom Verbrennungsmofor (2) abgegebener
Abgasmassenstrom zumindest bei einem Heizbetrieb mit Bestromung des
Heizelements (22) zur Beheizung des Abgases eine vorgebbare obere
Abgasmassenstroamgrenze nicht überschreitet und/oder eine vorgebbare untere
Abgasmassenstromgrenze nicht unterschreitet, wobei die obere
Abgasmassenstromgrenze und die untere Abgasmassenstromgrenze in
Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einer Leistungsfähigkeit
wenigstens einer der Abgaskomponenten vorgebbar sind.
2. Hybridkraftfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abgasreinigungssystem (10) in Strömungsrichtung des vom
Verbrennungsmotor (2) abgegebenen Abgases gesehen hintereinander
angeordnet
- das elektrische Heizelement (22),
- eine erste oxidationskatalytisch wirksame, insbesondere als NOxSpeicherkatalysator ausgebildete Abgasreinigungskomponente (23),
- eine erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente,
- eine zweite SCR-katalytische wirksame Abgasreinigungskomponente (25) und
- eine zweite oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente (26)
aufweist, wobei eingangsseitig der ersten und der zweiten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente jeweils eine Dosiervorrichtung (29, 32) zur Einbringung eines ammoniakhaltigen Reduktionsmittels ins Abgas
vorgesehen sind.
3. Hybridkraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu ausgelegt ist den Betrieb des Antriebssystems (1} So zu steuern, dass ein vom Verbrennungsmofor (2) abgegebener Abgasmassenstrom bei einem Normalbetrieb (69) ohne Bestromung des Heizelements (22) eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet und/oder eine vorgebbare untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschreitet, wenn die Temperatur und/oder die Leistungsfähigkeit des NOxSpeicherkatalysators (23) und/oder der ersten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente und oder der zweiten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente (25) einen jeweils vorgebbaren Wert
unterschreiten.
4. Hybridkraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu ausgelegt ist den Betrieb des Antriebssystems (1} so zu steuern, dass ein vom Verbrennungsmotor (2) abgegebener Abgasmassensirom bei einem Normalbetrieb (69) ohne Bestroamung des Heizelements (22) eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet, wenn die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators (23) und/oder der ersten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente und/oder der zweiten SCR-katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponente
(25) einen jeweils vorgebbaren Wert überschreiten.
5. Hybridkraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (22), der NOx-Speicherkatalysator (23) und die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente in einem
Motorraum für den Verbrennungsmotor (2), insbesondere
verbrennungsmotornah, angeordnet sind und die zweite SCR-katalytische Abgasreinigungskomponente (25) und die zweite oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente (26) verbrennungsmotorfern, insbesondere in einem Unterbodenbereich des Hybridkraftfahrzeug, angeordnet
sind.
6. Hybridkraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente als Partikelfilter (24) mit einer SCR-katalytisch wirksamen Beschichtung
ausgebildet ist.
7. Hybridkraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente einen Partikelfilter (24) mit einer SCR-katalytisch wirksamen Beschichtung und einen SCR-Katalysator (36) aufweist, welche unmittelbar hintereinander in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
8. Hybridkraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kühlmittelkreislauf (40) zur Temperierung des Verbrennungsmotors (2) und ein hiervon getrennter zweiter Kühlmittelkreislauf (47) zur Temperierung des Elektromotors (3) vorgesehen sind, wobei für den ersten Kühlmittelkreislauf (40) eine erste elektrische Kühlmittelpumpe (50) und für den zweiten Kühlmittelkreislauf (47) eine zweite elektrische Kühlmittelpumpe (51) vorgesehen sind, wobei die erste Kühlmittelpbumpe (50) an eine erste Spannungsversorgung und die zweite Kühlmittelpumpe (51) an eine zweite Spannungsversorgung angeschlossen sind und die erste Spannungsversorgung eine im Vergleich zur zweiten Spannungsversorgung größere elektrische Spannung zur Verfügung stellt.
9. Hybridkraftfahrzeug nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät dazu ausgelegt ist, die erste und/oder die zweite Kühlmittelpumpe (50, 51) in einem leistungsreduzierten Betrieb mit gegenüber
einem Normalbetrieb einstellbar verringerter Drehzahl zu betreiben.
10. Betriebsverfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) umfassenden Antriebssystem (1) und einem an den Verbrennungsmotor (2) des Fahrzeugs angeschlossenen Abgasreinigungssystem (10) mit einem elektrischen Heizelement (22) und mehreren der Abgasreinigung dienenden, insbesondere in Bezug auf eine NOx-Verminderung katalytisch wirksamen Abgasreinigungskomponenten sowie einem Steuergerät zur Steuerung eines Betriebs von Antriebssystem (1) und Abgasreinigungssystem (10), wobei - ein Aufheizbetrieb zur Aufheizung des Abgasreinigungssystems (10) auf
Betriebstemperatur vorgesehen ist, umfassend eine erste Aufheizphase (66), in welcher bei unbefeuertem Verbrennungsmotor das elektrische Heizelement (22) derart bestromt wird, dass eine Temperatur einer stromab des Heizelements (22) im Abgasreinigungssystem (10) angeordneten Abgasreinigungskomponente eine vorgebbare Temperaturgrenze erreicht oder überschreitet und eine zeitlich nach der ersten Aufheizphase (66) ablaufende zweite Aufheizphase (68) mit befeuertem Betrieb des Verbrennungsmotors, in welcher das elektrische Heizelement (22) weiterhin bestromt wird und für den Verbrennungsmotor (2) eine frühe und/oder eine späte Kraftstoffnacheinspritzung vorgesehen sind und der Betrieb des Antriebssystems (1} so gesteuert wird, dass ein vom Verbrennungsmotor (2) abgegebener Abgasmassenstrom eine vorgebbare obere Abgasmassenstromgrenze nicht überschreitet und/oder eine vorgebbare untere Abgasmassenstromgrenze nicht unterschreitet,
- ein Normalbetrieb (69) bei wenigstens annähemd auf Betriebstemperatur
aufgeheizten Abgasreinigungskomponenten vorgesehen ist, in welchem der
Verbrennungsmotor (2) in einem ersten Betriebsmodus mit einer minimierten Roh-
NOx-Emission oder in einem zweiten Betriebsmodus mit einem minimierten
spezifischen Krafistoffverbrauch betrieben wird,
11. Betriebsverfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem Abgasreinigungssystem (10), welches In Strömungsrichtung des vom
Verbrennungsmotor (2) abgegebenen Abgases gesehen hintereinander
angeordnet
- das elektrische Heizelement (22),
- eine erste oxidationskatalytisch wirksame, insbesondere als NOxSpeicherkatalysator ausgebildete Abgasreinigungskomponente (23) und
- wenigstens eine SCR-katalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente
aufweist, die Stromzufuhr zur Beheizung des Heizelements (22) zumindest in
der zweiten Aufheizphase (68) in Abhängigkeit von einer Temperatur und einer
NOx-Beladung des NOx-Speicherkatalysators (23) eingestellt wird.
12. Betriebsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Aufheizphase (68) eine Regeneration des NOXSpeicherkatalysators (23) vorgenommen wird, wobei der Verbrennungsmotor {2} wenigstens zeitweise mit einem fetten Krafistoff-Luftverhältnis betrieben wird und der Betrieb des Antriebssystems (1) so gesteuert wird, dass ein vom Verbrennungsmotor (2} abgegebener Abgasmassenstrom zwischen einer vorgebbaren oberen und einer vorgebbaren unteren Abgasmassenstromgrenze
liegt.
13. Betriebsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach einem Abschalten des Verbrennungsmotors (2) das Heizelement (22) derart beheizt wird, dass der NOx-Speicherkatalysator (23) auf eine Temperatur angehoben wird, bei welcher eingespeicherte Stickoxide
wenigstens teilweise thermisch desorbieren.
14. Betriebsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer thermischen Desorption von Stickoxiden aus dem NOXSpeicherkatalysator (23) nach Abschalten des Verbrennungsmotors (2) in
Abgasströmungsrichtung (21) vor der wenigstens einen SCR-katalytisch
wirksamen Abgasreinigungskomponente ein Ammoniak enthaltendes
Reduktionsmittel dem Abgasreinigungssystem (10) zugeführt wirch
15. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Aufrechterhaltungsheizbetrieb (70) zum wenigstens annähemden Aufrechterhalten der Betriebstemperaturen der Abgasreinigungskomponenten vorgesehen ist, in weichem gegebenenfalls wenigstens eine Heizmaßnahme zur Beheizung des Abgasreinigungssystem (10) auf vorgebbare Weise aus
einer Auswahlliste von Heizmaßnahmen ergriffen wird.
16. Betriebsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, für welche Zeitspanne ab dem aktuellen Zeitpunkt ein Betrieb des Abgasreinigungssystems (10) mit wenigstens annähemd auf Betriebstemperatur aufgeheizten Abgasreinigungskomponenten ohne Ergreifen einer zusätzlichen Heizmaßnahme voraussichtlich möglich ist und bei Unterschreiten der Zeitspanne unter einen vorgebbaren Zeitspannengrenzwert aus der Auswahlliste von Heizmaßnahmen diejenige HeizmaRnahme ausgewählt wird oder diejenigen Heizmaßnahmen ausgewählt werden, mit weicher oder mit welchen sich die Zeitspanne für den Betrieb des Abgasreinigungssystems (10) mit wenigstens annähermd auf Betriebstemperatur aufgeheizten Abgasreinigungskomponenten voraussichtlich
zumindest um einen vorgebbaren Wert verlängert.
17. Betriebsverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die HeizmaRnahme oder die Heizmaßnahmen in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer mit dem Elektromotor (3) gekoppelten Batterie und In Abhängigkeit eines abgeschätzten resultierenden Kraftstoffmehrverbrauchs und/oder einer abgeschätzten resultierenden Erhöhung einer Schadstoffemission für die HeizmaRnahmen der Auswahlliste derart ausgewählt werden, dass sich der kleinstmögliche Kraftstoffmehrverbrauch und/oder die
kleinstmögliche Erhöhung der Schadstoffemission ergeben,
18. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine erster Kühlmittelkreislauf (40) zur Temperierung des Verbrennungsmotors (2) mit einer ersten elektrischen Kühlmittelpumpe (50) betrieben wird und ein hiervon getrennter zweiter Kühlmittelkreislauf (47) zur Temperierung des Elektromotors (3) mit einer zweiten elektrischen Kühlmittelpumpe (51) betrieben wird, wobei die erste Kühlmittelbumpe (50) mit einer im Vergleich zur zweiten
Kühlmittelpumpe (51) höheren elektrischen Betriebsspannung betrieben wird.
19. Betriebsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten und/oder den zweiten Kühlmittelkreislauf (40, 47) ein Kühlmittelmindestdurchsatz ermittelt wird und zur Einstellung des Kühlmittelmindestdurchsatzes in Abhängigkeit von Betriebsparametern zumindest des Antriebssystems (1) eine Drehzahl der ersten und/oder der zweiten Kühlmittelpumpe (50, 51) im Vergleich zu einer jeweiligen
Nenndrehzahl gegebenenfalls vermindert werden.
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