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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum abgasemissionsreduzierten Betrieb eines Fahrzeugs.
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Bei Kraftfahrzeugen werden seit langem Katalysatoren eingesetzt, um die Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren zu reduzieren. Allgemein fördern Katalysatoren eine Reaktion zwischen Sauerstoff und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und verschiedenen Stickstoff- bzw. Sauerstoffverbindungen, wobei Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser gebildet werden. Der Einsatz von Katalysatoren ist dadurch begrenzt, dass diese unterhalb einer gewissen Aktivierungstemperatur wirkungslos sind. Dadurch können unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoff- bzw. Sauerstoffverbindungen unterhalb der Aktivierungstemperatur in die Atmosphäre gelangen.
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Um dieses Problem zu lösen, sind Maßnahmen zur Reduzierung von Fahrzeugemissionen vorgeschlagen worden, bevor der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht. So ist aus der
US 63 27 852 B1 der Einsatz eines Katalysators in Kombination mit einem Absorptionsmittel als Teil einer Absorptionssteuerungsvorrichtung bekannt. Der Katalysator wird dazu benutzt, Emissionen zu reduzieren, nachdem dieser seine Aktivierungstemperatur erreicht hat. Bevor der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht hat, wird das Absorptionsmittel benutzt, um unverbrannten Brennstoff zu absorbieren, so dass dessen Emission in die Atmosphäre vermieden wird. Nachteilig hierbei ist, dass eine gesonderte Maßnahme, nämlich das Absorptionsmittel, erforderlich ist, um die Wirkung des Katalysators als Teil eines Emissionssteuerungssystems zu erhöhen.
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Eine andere Maßnahme zur Steuerung von Abgasemissionen besteht darin, einen Mechanismus zur schnellen Erhitzung des Katalysators bereitzustellen, um die Zeit zu reduzieren, die der Katalysator braucht, um seine Aktivierungszeit zu erreichen. Eine Maßnahme, den Katalysator schnell zu erhitzen, besteht darin, das Zündungstiming des Verbrennungsmotors zu verzögern. Dies hat eine schnellere Erhitzung des Katalysators zur Folge, vermindert jedoch die Motorleistung. Daher muss die Zündungsverzögerung reduziert werden, wenn der Fahrer die Motorleistung erhöhen will, was zur Folge hat, dass der Katalysator langsamer aufgeheizt wird und folglich mehr Abgasemissionen in die Atmosphäre abgegeben werden.
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Die Entwicklung hybrider elektrischer Fahrzeuge hat dazu beigetragen, die gesamten Abgasemissionen des Motors zu reduzieren, indem die Laufzeit des Motors reduziert wird. Ein Faktor, durch den die Reduktion von Abgasemissionen in einem elektrischen Hybridfahrzeug begrenzt wird, ist der Umstand, dass der Motor typischerweise öfter angehalten und gestartet wird als der Motor eines konventionellen Fahrzeugs. So entsteht ein großes Abgasemissionspotential, das bei dem häufigem Start und Betrieb des Motors eines elektrischen Hybridfahrzeugs in die Atmosphäre abgegeben wird, bevor der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht hat.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 198 01 168 A1 ist es bekannt, bei einem Hybridfahrzeug eine verminderte Ausgangsleistung eines Verbrennungsmotors, wie sie in einer Kaltstartphase aufgrund von Maßnahmen zur Vebesserung der Abgasreinigung auftreten kann, durch elektromotorischen Einsatz zu kompensieren.
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Aus der
DE 102 38 595 A1 ist es bekannt, in der Kaltstartphase eines Hybridfahrzeugs je nach Ladezustand und Strombedarf einer Batterie eine schnellere Motoraufwärmung entweder durch eine Zündzeitpunktverstellung oder durch eine verstärkte Stromerzeugung durch den Verbrennungsmotor oder beides zu befehlen.
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Aus der
DE 101 53 509 A1 ist ein Hybridfahrzeug mit Batteriezustands-Manager bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs zu schaffen, bei dem die nach dem Verbrennungsmotorstart in die Atmosphäre abgegebenen Abgasemissionen reduziert sind.
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Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Fahrzeug bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereitgestellt, bei denen die Abgasemissionen in die Atmosphäre nach dem Verbrennungsmotorstart reduziert sind.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Emissionen reduziert sind, während gleichzeitig vom Fahrer angeforderte Leistung zur Verfügung gestellt wird.
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Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum abgasemissionsreduzierten Betrieb eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, eine Energiespeichervorrichtung, die in der Lage ist, Energie zum Betrieben der elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen und einen Katalysator zur Förderung einer Reaktion in den Abgasemissionen des Verbrennungsmotors. Das Verfahren umfasst die Einstellung mindestens eines Verbrennungsmotorparameters, um eine Erhöhung der Temperatur des Katalysators zu bewirken, wenn der Verbrennungsmotor in Betrieb ist. Dadurch wird die Zeit vermindert, die erforderlich ist, um eine Temperatur zu erreichen, bei der die Emissionen reduziert werden. Der Verbrennungsmotor wird derart betrieben, dass die Verbrennungsmotorausgangsleistung generell konstant ist, wenn eine Ausgangsleistung der Energiespeichervorrichtung innerhalb einer ersten vorbestimmten Spanne liegt. Der mindestens eine Verbrennungsmotorparameter wird angepasst bzw. nachgestellt, wodurch die Verbrennungsmotorausgangsleistung geändert wird, wenn die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung außerhalb der ersten vorbestimmten Spanne liegt. Der mindestens eine Verbrennungsmotorparameter wird weiterhin nachgestellt, um eine Änderung der Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung von außerhalb der ersten vorbestimmten Spanne in die erste vorbestimmte Spanne zu fördern.
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Die Erfindung beinhaltet weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, bei dem die Abgasemissionen reduziert sind. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, eine Energiespeichervorrichtung, die in der Lage ist, Energie zum Betrieben der elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen und einen Katalysator zur Reaktionserleichterung in den Abgasemissionen des Verbrennungsmotors. Das Verfahren umfasst die Bestimmung einer gewünschten Ausgangsleistung für das Fahrzeug. Das Fahrzeug wird in einem ersten Modus betrieben, wenn mindestens eine vorbestimmte Bedingung erfüllt wird. Der erste Modus umfasst die Zurverfügungstellung mindestens eines Teils der gewünschten Fahrzeugausgangsleistung mit der elektrischen Maschine, wenn die gewünschte Fahrzugausgangsleistung nicht null ist. Mindestens ein Verbrennungsmotorparameter wird so eingestellt, dass dieser die Zunahme der Temperatur des Katalysators beeinflusst, wenn der Verbrennungsmotor betrieben wird. Der Verbrennungsmotor wird so betrieben, dass die Verbrennungsmotorausgangsleistung generell konstant ist, wenn sich eine Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet. Der erste Modus umfasst auch eine Anpassung des mindestens einen Verbrennungsmotorparameters, wodurch die Verbrennungsmotorausgangsleistung geändert wird, wenn sich die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung außerhalb des ersten vorbestimmten Bereichs befindet. Der mindestens eine Verbrennungsmotorparameter wird angepasst, um eine Änderung der Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung von außerhalb des ersten vorbestimmten Bereichs in den ersten vorbestimmten Bereich zu erleichtern bzw. zu fördern. Das Verfahren umfasst weiterhin den Betrieb des Fahrzeugs in einem zweiten Modus, wenn mindestens eine vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt ist. Der zweite Modus umfasst einen Betrieb des Verbrennungsmotors, der teilweise auf der gewünschten Fahrzeugausgangsleistung und einem Zustand der Energiespeicherungsvorrichtung basiert.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine zum Antreiben des Fahrzeugs und eine Energiespeicherungsvorrichtung umfasst, die in der Lage ist, Energie zum Betrieb der elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen. Das Fahrzeug weist einen Katalysator auf, der in der Lage ist, eine Reaktion in dem Abgas des Verbrennungsmotors zu erleichtern, sowie mindestens eine Steuereinheit. Die mindestens eine Steuereinheit ist dahingehend ausgebildet, dass diese mindestens einen Verbrennungsmotorparameter so konfiguriert, dass dieser eine Temperaturerhöhung des Katalysators bewirkt, wenn der Verbrennungsmotor betrieben wird. Dadurch wird die Zeit verringert, die erforderlich ist, eine Temperatur zu erreichen, bei der Emissionen reduziert sind. Das Fahrzeug wird in einem ersten Modus betrieben, wenn mindestens eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Die mindestens eine Steuereinheit ist außerdem zur Kontrolle des Verbrennungsmotors derart konfiguriert, dass dieser eine generell konstante Ausgangsleistung zur Verfügung stellt, wenn sich eine Ausgangsleistung der Energiespeichervorrichtung innerhalb eines ersten vorbestimmten Bereiches befindet. Die Steuereinheit ist außerdem derart konfiguriert, dass der mindestens eine Verbrennungsmotorparameter so angepasst wird, dass die Verbrennungsmotorausgangsleistung geändert wird, wenn die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung außerhalb des ersten vorbestimmten Bereichs liegt. Der mindestens eine Verbrennungsmotorparameter wird angepasst, um eine Änderung der Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung von außerhalb des ersten vorbestimmten Bereichs in den ersten vorbestimmten Bereich hinein zu erleichtern bzw. zu fördern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Diagramm mit einer Darstellung verschiedener Regionen einer Batterieausgangsleistung;
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3 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, und
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4 ein Diagramm mit einer Darstellung verschiedener Betriebsmodi des in 1 gezeigten Fahrzeugs.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 und eine elektrische Maschine bzw. einen Generator 14 auf. Der Verbrennungsmotor 12 und der Generator 14 sind über eine Leistungsübertragungseinheit verbunden, die bei der dargestellten Ausführungsform als Planetengetriebesatz 16 ausgebildet ist. Es können natürlich andere Typen von Leistungsübertragungseinheiten einschließlich anderer Getriebesätze und Getriebe vorgesehen sein, um den Verbrennungsmotor 12 an den Generator 14 anzuschließen. Der Planetengetriebesatz weist ein Tellerrad 18, einen Träger 20, Planetenräder 22 und ein Sonnenrad 24 auf.
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Der Generator 14 kann auch als Motor betrieben werden, der Drehmoment an die mit dem Träger verbundene Welle 28 abgibt. Es ist eine Bremse 30 vorgesehen, um die Rotation der Welle 26 anzuhalten, wodurch das Sonnenrad 24 vor Ort blockiert wird. Da diese Konfiguration eine Übertragung des Drehmoments von dem Generator 14 zum Verbrennungsmotor 12 erlaubt, ist eine Einwegkupplung 32 vorgesehen, derart, dass die Welle 28 nur in einer Richtung rotiert. Wenn der Generator 14 operativ wirksam an den Verbrennungsmotor 12 angeschlossen ist, wie es in 1 gezeigt ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 vom Generator 14 gesteuert werden.
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Das Tellerrad 18 ist an die Welle 34 angeschlossen, welche an das Fahrzeugantriebsrad 36 über einen zweiten Getriebesatz 38 angeschlossen ist. Das Fahrzeug 10 weist eine zweite elektrische Maschine 40 auf, die benutzt werden kann, Drehmoment an die Welle 42 abzugeben. Andere Fahrzeuge können im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Anordnungen elektrischer Maschinen aufweisen, so z. B. mehr oder weniger als zwei elektrische Maschinen. In der in 1 dargestellten Ausführungsform können der Motor 40 und der Generator 14 beide als Motor betrieben werden, um Drehmoment abzugeben. Alternativ kann jedes Teil auch als Generator betrieben werden, der jeweils elektrische Energie an einen Hochspannungsbus 44 und eine Energiespeicherungsvorrichtung oder an eine Batterie 46 abgibt.
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Die Batterie 46 ist eine Hochspannungsbatterie, die in der Lage ist, elektrische Energie abzugeben, um den Motor 40 und den Generator 14 zu betreiben. Auch andere Arten von Energiespeicherungsvorrichtungen und/oder Ausgangsvorrichtungen können bei einem Fahrzeug, wie etwa dem Fahrzeug 10, eingesetzt werden. Es kann beispielsweise eine als Kondensator ausgebildete Vorrichtung eingesetzt werden, die wie eine Hochspannungsbatterie in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern und abzugeben. Alternativ kann eine Vorrichtung wie z. B. eine Brennstoffzelle gemeinsam mit einer Batterie und/oder einem Kondensator eingesetzt werden, um dem Fahrzeug 10 elektrische Energie zur Verfügung zu stellen.
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Wie in 1 dargestellt, können der Motor 40, der Generator 14, der Planetengetriebesatz 16 und ein Teil des zweiten Getriebesatzes generell als Transaxle bzw. Getriebeautomatik 48 bezeichnet werden. Um den Verbrennungsmotor 12 und die Komponenten der Getriebeautomatik 48, d. h. den Generator 14 und den Motor 40, zu steuern, ist eine Steuereinheit 50 vorgesehen. Wie in 1 dargestellt, ist die Steuereinheit 50 als Fahrzeugmanagementsystem (VSC = vehicle system controller) ausgebildet, und obwohl nur eine einzige Steuereinheit dargestellt ist, können auch mehrere Steuereinheiten vorgesehen sein. Das VSC 50 kann z. B. ein separates Motor-/Getriebeeinheits-Steuergerät (PCM = powertrain control module) umfassen, welches als Software im VSC 50 eingebaut sein kann, oder bei dem es sich um eine gesonderte Hardwarevorrichtung handeln kann.
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Ein CAN (Controller Area Network) 52 erlaubt es der VSC 50, mit der Getriebeautomatik 48 und einem Batteriesteuermodul (BCM) 54 zu kommunizieren. In gleicher Weise wie der Batterie 46 das BCM 54 zugeordnet ist, können andere vom VSC 50 gesteuerte Vorrichtungen ihre eigenen Steuereinheiten aufweisen. Eine Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) kann z. B. mit dem VSC 50 kommunizieren und Steuerfunktionen am Verbrennungsmotor 12 ausführen. Außerdem kann die Getriebeautomatik 48 eine oder mehrere Steuereinheiten aufweisen, wie ein Getriebeautomatiksteuermodul (TCM), das konfiguriert ist, um spezifische Komponenten in der Getriebeautomatik 48 zu steuern, wie den Generator 14 und/oder den Motor 40.
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Das Fahrzeug 10 weist weiterhin einen katalytischen Konverter oder Katalysator 56 auf, der Abgase von dem Verbrennungsmotor 12 aufnimmt und Reaktionen im Abgas fördert, um die in die Atmosphäre abgegebenen Emissionen zu reduzieren. Damit der Katalysator 56 wirksam Reaktionen zur Reduzierung der Emissionen im Abgas erzeugt, ist es wünschenswert, dass der Katalysator 56 schnell seine Aktivierungs- oder Anspringtemperatur erreicht. Zu diesem Zweck beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Einstellung mindestens eines Verbrennungsmotorparameters, um die Temperatur des Katalysators 56 schnell zu erhöhen. Die dem Verbrennungsmotor 12 zur Verfügung gestellte Luftmenge, die dem Verbrennungsmotor 12 zur Verfügung gestellte Brennstoffmenge, das Verbrennungsmotorzündtiming oder einige Kombinationen davon können so eingestellt werden, dass ein schneller Temperaturanstieg im Katalysator bewirkt wird. Insbesondere kann das Zündtiming des Verbrennungsmotors verzögert werden, um eine Erhöhung der Temperaturerhöhungsrate des Katalysators 56 zu bewirken; d. h. durch eine Verzögerung des Zündtimings wird der Katalysator schneller aufgeheizt als wenn dieser auf andere Weise aufgeheizt würde. Eine derartige Verbrennungsmotorsteuerung kann im VSC 50 vorprogrammiert werden, welcher eine Anzahl von Eingangssignalen empfängt, einschließlich eines Temperatursignals des Katalysators 56.
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Wie vorstehend erläutert, kann durch eine Verzögerung der Zündung des Verbrennungsmotors die Verbrennungsmotorausgangsleistung reduziert werden. Die vorliegende Erfindung hilft dabei, dies zu kompensieren, indem die Verbrennungsmotorleistung um die Leistung des Motors 40 und/oder des Generators 14 erhöht wird, wobei beide Energie aus der Batterie 46 erhalten. Wie detailliert weiter unten erläutert wird, umfasst die vorliegende Erfindung die Steuerung des Verbrennungsmotors 12, um den Katalysator 56 schnell aufzuheizen, wobei jedoch auch sichergestellt wird, dass das Fahrzeug 10 mit genügend Energie versorgt wird, um den Bedürfnissen des Fahrers Rechnung zu tragen. Wie der Verbrennungsmotor 12 gesteuert wird, hängt mindestens teilweise von dem Zustand der Batterie 46 ab.
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2 zeigt ein Diagramm mit einer Darstellung der Ausgangsleistung der Batterie 46. Oberhalb der Null-Leistungslinie versorgt die Batterie 46 eine Fahrzeugvorrichtung oder mehre Fahrzeugvorrichtungen mit Energie und entlädt sich dabei. Umgekehrt empfängt die Batterie 46 unterhalb der Null-Leistungslinie Energie und lädt sich deshalb auf. Auf der Entladungsleistungsseite ist ein erster vorbestimmter Bereich, eine Zone A, von der Null-Leistungslinie und einer Entladungseinstellpunktlinie begrenzt. Die Lage der Entladungseinstellpunktlinie ist von einem Kalibrierwert (CAL 2) bestimmt. Der Kalibrierungswert CAL 2 ist nahe der Null-Leistungslinie gesetzt, aber weit genug entfernt, so dass die Batterie 46 die erforderliche Leistung zur Verfügung stellen kann, um das Fahrzeug 10 im Leerlauf zu halten oder sogar langsam zu bewegen, jedoch immer noch in der Zone A.
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Wie aus 2 ersichtlich ist ein dritter vorbestimmter Bereich, die Zone C, am weitesten von der Null-Leistungslinie entfernt. Der Bereich C ist von der Entladungsleistungsgrenze und einer zweiten Linie, die in Bezug auf die Entladungsleistungsgrenze um den Kalibrierwert CAL 1 versetzt ist, abgegrenzt. Die Entladungsleistungsgrenze ist eine Funktion der Batterie 46 selbst – d. h. verschiedene Batterien können verschiedene Entladungsleistungsgrenzen aufweisen – und der besonderen Betriebsbedingungen der Batterie 46. Die Temperatur der Batterie 46 und der Ladungszustand der Batterie 46 werden z. B. die Entladungsleistungsgrenze der Batterie 46 beeinflussen. Insbesondere wenn die Temperatur der Batterie 46 sinkt, sinkt auch die Entladungsleistungsgrenze. Auf ähnliche Weise sinkt auch die Entladungsleistungsgrenze dann, wenn der Ladungszustand der Batterie 46 sinkt. So kann die Entladungsleistungslinie, wie aus 2 ersichtlich, in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Batterie 46 entweder weiter entfernt von oder näher bei der Null-Leistungslinie liegen.
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Die Entladungsleistungsgrenze und andere Informationen über die Batterie 46 werden der VSC 50 durch den BCM 54 mitgeteilt. Der Kalibrierwert CAL1 wird zumindest teilweise von der Antwortzeit des Verbrennungsmotors 12 bestimmt. D. h., dass CAL 1 ausreichend groß sein muss, damit der Betrieb des Verbrennungsmotors 12, wenn die Batterie in der Zone C betrieben wird, so abgestimmt werden kann, dass die Batterie zurück in die Zone A versetzt wird, bevor die Entladungsleistungsgrenze erreicht ist. Deshalb kann der Kalibrierwert CAL 1 kleiner als für einen Verbrennungsmotor mit niedriger Antwortzeit sein, wenn der Verbrennungsmotor 12 eine schnelle Antwortzeit hat.
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Wie in 2 gezeigt, liegt ein zweiter vorbestimmter Bereich, die Zone B, zwischen der Zone A und der Zone C. Wie im Detail weiter unten erläutert wird, ist die Steuerung des Verbrennungsmotors 12 unterschiedlich, wenn die Batterie 46 in der Zone B anstatt in der Zone C betrieben wird. Es sei angemerkt, dass sich, da die Entladungsleistungsgrenze von den Betriebsbedingungen der Batterie 46 abhängt, der aktuelle Bereich der Zonen A, B und C ändert, wenn das Fahrzeug betrieben wird. Die Zone B wird in der Größe z. B. zunehmen, wenn die Entladungsleistungsgrenze weiter von der Null-Leistungslinie entfernt liegt. Das liegt daran, dass die Kalibrierwerte CAL 1 und CAL 2 konstant bleiben, so dass sich die Größen der Zonen A und C nicht ändern. Umgekehrt nimmt die Zone B in der Größe ab, wenn die Entladungsleistungsgrenze näher an der Null-Leistungslinie liegt. Wenn die Entladungsleistungsgrenze klein genug ist, kann die Zone B vollständig verschwinden. Wenn sich die Entladungsleistungsgrenze weiter der Null-Leistungslinie nähert, kann die Zone A weiter abnehmen. Extremerweise kann sich die Entladungsleistungsgrenze weiter gegen Null bewegen, bis die Zone C reduziert oder vollständig eliminiert ist.
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Auf der anderen Seite der Null-Leistungslinie – d. h. wo die Batterie 46 geladen wird –, sind Zonen A', B' und C' ähnlich den Zonen A, B und C definiert. Obgleich das in 2 gezeigte Diagramm symmetrisch zur Null-Leistungslinie zu sein scheint, und dies in der Tat auch so sein kann, kann es auch asymmetrisch sein. Deshalb werden zwei unterschiedliche Kalibrierwerte CAL 3 und CAL 4 anstatt CAL 1 und CAL 2 benutzt. In der Praxis kann CAL 4 sehr groß gewählt werden, so dass die Zone A' der Ladungsleistungslinie sehr nahe kommt. Das bedeutet, dass der Verbrennungsmotorbetriebspunkt so lange nicht adjustiert bzw. angepasst wird, bis die Batterieausgangsleistung der Ladungsleistungsgrenze sehr nahe ist. Wenn beide Seiten der Null-Leistungslinie betrachtet werden, umfasst der erste vorbestimmte Bereich die Zonen A und A'. Auf ähnliche Weise umfasst der zweite vorbestimmte Bereich die Zone B, wenn sich die Batterie 46 entlädt, und die Zone B', wenn sich die Batterie 46 auflädt. Entsprechend umfasst der dritte vorbestimmte Bereich die Zone C, wenn sich die Batterie 46 entlädt, und die Zone C', wenn sich die Batterie 46 auflädt.
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Unter Benutzung der 1 und 2 als Referenz zeigt 3 ein Flussdiagramm 58 zur Erläuterung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. In Schritt 60 wird bestimmt, ob der Verbrennungsmotor 12 gestartet ist. Da das Fahrzeug 10 ein hybrides Elektrofahrzeug ist, kann ein Verbrennungsmotorstart nach der Zündung durch den Fahrer erfolgt sein, oder der Verbrennungsmotor 12 kann gemäß den Leistungsanforderungen an das Fahrzeug 10 automatisch gestartet sein. Der gewünschte Leistungsausgang für das Fahrzeug 10 kann vom VSC auf der Basis einer Anzahl unterschiedlicher Eingaben bestimmt werden. So können z. B. Fahreranfragen wie die Gaspedalstellung, die Bremspedalstellung und der gewählte Gang vom VSC benutzt werden, um die gewünschte Ausgangsleistung für das Fahrzeug zu bestimmen.
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Wie vorstehend erläutert, wird mindestens ein Verbrennungsmotorparameter so eingestellt, dass der Katalysator schnell aufgeheizt wird, nachdem der Verbrennungsmotor 12 gestartet worden ist. In einem Entscheidungsblock 62 (3) wird festgestellt, ob der Katalysator 56 seine Anspringtemperatur aufweist. Wie weiter unten erläutert, handelt es sich bei der Überwachung der Katalysatortemperatur um einen andauernden Vorgang. Aus Gründen besserer Übersichtlichkeit ist in 3 nur ein Katalysatortemperaturtest gezeigt – d. h. im Entscheidungsblock 62 – aber es versteht sich, dass die Katalysatortemperaturmessung in regelmäßigen Abständen auf den neuesten Stand gebracht wird. So werden viele Bestimmungen durchgeführt, um zu wissen, ob der Katalysator seine Anspringtemperatur aufweist.
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Wenn der Katalysator 56 nicht seine Anspringtemperatur aufweist, wird als nächstes bestimmt, ob die Batterie 46 in der Zone A betrieblich tätig ist – siehe Entscheidungsblock 64. Es sei angemerkt, dass das in der 3 gezeigte Flussdiagramm 58 nur die Entladungsseite des in der 2 gezeigten Batterieausgangsleistungsdiagramms zeigt. In der Tat kann – abhängig von den Anforderungen – die vorliegende Erfindung z. B. nur eingesetzt werden, wenn sich die Batterie 46 entlädt, d. h. wenn sich die Batterieausgangsleistung oberhalb der Null-Leistungslinie befindet, oder auch umgekehrt nur dann, wenn diese aufgeladen wird. Die vorliegende Erfindung kann auch eingesetzt werden, beide Seiten der auf der 2 gezeigten Null-Leistungslinie anzusprechen, d. h. wenn sich die Batterie 46 auf- oder entlädt.
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Wenn in Entscheidungsblock 64 festgestellt wird, dass die Batterie 46 in der Zone A operativ tätig ist, wird der Verbrennungsmotor 12 so betrieben, dass die Verbrennungsmotorausgangsleistung generell konstant gehalten wird – siehe Schritt 66. Dies erlaubt es dem Verbrennungsmotor 12 den Betrieb fortzusetzen, wenn seine Zündung verzögert wird, wobei der Katalysator schnell aufgeheizt wird. Der Ausdruck ”generell konstant”, wie er hier benutzt wird, gibt an, dass einige Variationen in der Verbrennungsmotorausgangsleistung als Ergebnis der Begrenzung der Verbrennungsmotorsteuerung vorliegen können. Wenn die Batterie 46 in der Zone A betrieben wird, so ist sie in der Lage, die nötige Leistung dem Fahrzeug 10 zur Verfügung zu stellen, um die Reduzierung der durch die Zündungsverzögerung hervorgerufenen Verbrennungsmotorleistung zu kompensieren. Nach dem Schritt 66 kehrt das Verfahren zum Entscheidungsblock 62 zurück, wo die Temperatur des Katalysators 56 wieder in Bezug auf die Anspringtemperatur getestet wird.
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Wenn in Entscheidungsblock 64 festgestellt wird, dass die Batterie 46 nicht in der Zone A betrieben wird, so wird dann bestimmt, ob die Batterie in der Zone B operativ tätig ist – siehe Entscheidungsblock 68. Die Zone B kann wieder durch die Zonen B' und B ersetzt werden, wenn das Verfahren die Batterieladung und -entladung umfasst. Wenn in Entscheidungsblock 68 bestimmt wird, dass die Batterie 46 in der Zone B operativ tätig ist, wird der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 12 langsam verschoben, um den Betriebspunkt der Batterie 46 wieder in die Zone A zu bewegen – siehe Schritt 70.
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Wenn festgestellt worden ist, dass die Batterie 46 in der Zone B betrieben wird, sind mindestens zwei Parameter bekannt: Die Batterie funktioniert unterhalb des Entladungseinstellpunkts und ist weiter entfernt von der Entladungsleistungsgrenze als CAL 1. Deshalb funktioniert die Batterie nicht nahe genug an der Entladungsleistungsgrenze, um eine starke Änderung der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen zu gewährleisten, obgleich es wünschenswert ist, dass die Batterie in der Zone A betrieben wird. Deshalb kann der Verbrennungsmotorbetriebspunkt langsam an Schritt 70 bewegt werden. Ein Beispiel für die Bewegung des Verbrennungsmotorbetriebspunkts, wie es in Schritt 70 gezeigt, wäre es, die Zündungsverzögerung am Verbrennungsmotor 12 zu reduzieren, so dass der Verbrennungsmotor 12 beginnt, Verbrennungsmotorleistung abzugeben. Dies bedeutet, dass der Katalysator ein wenig langsamer als gewünscht aufgeheizt wird, dass aber die Batterie 46 weniger Leistung abgibt, so dass ihr Betriebspunkt zurück in die Zone A geführt wird. Der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 12 wird langsam bewegt, indem die Filter in der im VSC enthaltenen Steuersoftware benutzt werden. Dies bewirkt einen sanfteren Übergang, so dass der Fahrer des Fahrzeugs keine abrupte Änderung, wie einen Start des Verbrennungsmotors 12, um mehr Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs 10 zu erzeugen, spürt. Außerdem erlaubt eine langsame Bewegung des Verbrennungsmotorbetriebspunkts eine bessere Steuerung und weniger Ausgleichsvorgänge. Das ist wünschenswert, da Ausgleichsvorgänge zu höheren Emissionen führen können. Nach dem Schritt 70 kehrt das Verfahren zu Schritt 68 zurück, um erneut festzustellen, ob die Batterie 46 in der Zone A betrieben wird.
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Wenn in Entscheidungsblock 68 festgestellt wird, dass die Batterie 46 nicht in der Zone B betrieben wird, muss der Betriebspunkt schnell bewegt werden, um zu versuchen, die Batterie zurück in die Zone A zu bewegen – siehe Schritt 72. Der Schritt 72 gibt an, dass die Batterie in der Zone C oder im äußersten Fall unterhalb der Zone C betrieben wird. Dann ist es wichtig, den Verbrennungsmotorbetriebspunkt schnell zu bewegen und zwar sogar auch dann, wenn der Fahrer den Übergang der von der Batterie 46 ausgegebenen Leistung zur vom Verbrennungsmotor 12 ausgegebenen Leistung bemerkt. Wie vorstehend erläutert, wird der Schritt 72 auf die Zone C und darüber hinaus ebenso auf die Zone C' und darunter angewandt, wenn das Verfahren benutzt wird, um die Batterie 46 aufzuladen und zu entladen. Wenn die Batterie in der Zone C' und darunter betrieben wird, kann der Verbrennungsmotorbetriebspunkt geändert werden, indem die Brennstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor 12 unterbrochen wird, wodurch jede Aufladung der Batterie 46 durch den Verbrennungsmotor 12 vermieden wird.
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Wenn die Batterie 46 in der Zone C betrieben wird, ist es erforderlich, den Verbrennungsmotorbetriebspunkt schnell zu bewegen, so dass die Batterie 46 die Entladungsleistungsgrenze nicht erreicht. Es kann sogar wünschenswert sein, für die Änderung des Verbrennungsmotorbetriebspunktes einige Filter vorzusehen. En solcher Filter wird notwendigerweise ein Filter sein, der schneller ist als derjenige, bei dem die Batterie 46 in der Zone B betrieben wird. Nachdem der Verbrennungsmotorbetriebspunkt in Schritt 72 bewegt ist, kehrt das Verfahren zum Entscheidungsblock 68 zurück, wo festgestellt wird, ob die Batterie 46 in die Zone B zurückgeführt worden ist. So wird erfindungsgemäß der Verbrennungsmotor 12 so betrieben, dass der Katalysator 56 schnell aufgeheizt wird, es sei denn dass die Batterie 46 vom Verbrennungsmotor 12 eine Erhöhung der Ausgangsleistung anfordert. In solchen Fällen stellt der Verbrennungsmotor 12 die erforderliche Leistung zur Verfügung, um den Betrieb der Batterie 46 zurück in die Zone A zu führen, in der der Verbrennungsmotor 12 wieder so betrieben werden kann, dass der Katalysator 56 schnell aufgeheizt wird.
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Unter erneuter Bezugnahme auf den Entscheidungsblock 62 in 3 ist ersichtlich, dass eine andere Entscheidung getroffen wird, sobald der Katalysator 56 die Anspringtemperatur erreicht hat. Spezifisch wird in einem Entscheidungsblock 74 bestimmt, ob der Temperaturtest der erste Temperaturtest für den Katalysator 56 war. Wie vorstehend erläutert, wird die Katalysatortemperatur auf einer kontinuierlichen Basis getestet und es wird eine unterschiedliche Ausgangsstrategie dann verwendet, wenn der Temperaturtest der erste Test nach dem Start des Verbrennungsmotors 12 ist. Wenn sich der Katalysator 56 bei oder oberhalb der Anspringtemperatur befindet, und wenn es das erste Mal ist, dass die Temperatur nach dem Verbrennungsmotorstart getestet worden ist, ist das Verfahren beendet – siehe Block 76.
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Wenn bei einem Temperaturtest, der nach dem ersten Temperaturtest erfolgt, festgestellt wird, dass der Katalysator 56 seine Anspringtemperatur erreicht hat, tritt ein Übergang bei Schritt 78 auf, und dann endet das Verfahren bei Schritt 76. Der Betrieb des in 3 gezeigten Verfahrens und der Übergang und der nachfolgende Austritt aus dem Verfahren sind diagrammartig in 4 gezeigt. Wie in 4 dargestellt, wird das Fahrzeug 10 in einem ersten Modus, dem Modus 1, betrieben, was generell den Schritten 60 bis 72 der 3 entspricht. Als nächstes gibt es einen Übergangsmodus, der dem Schritt 78 der 3 entspricht und schließlich wird das Fahrzeug 10 in einem zweiten Modus, dem Modus 2, nachdem der Übergang beendet ist, betrieben. Der Betrieb des Fahrzeugs 10 im Modus 1 umfasst diejenigen Schritte, die vorstehend beschrieben worden sind, um die Abgasemissionen zu reduzieren, bevor der Katalysator 56 seine Anspringtemperatur erreicht. Dies kann allgemein als Kaltstartstrategie für reduzierte Emissionen (CSSRE) bezeichnet werden. Unter Bezugnahme auf 3 endet der Modus 1 und ein Übergang beginnt, nachdem der Katalysator 56 seine Anspringtemperatur erreicht hat. Es sei bemerkt, dass der Übergangsmodus auch initiiert werden kann, wenn der Verbrennungsmotor 12 während einer vorbestimmten Zeitdauer, sogar wenn der Katalysator 56 seine Anspringtemperatur erreicht hat, betrieben worden ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Fahrzeug 10 nicht unbegrenzt im CSSRE-Betrieb arbeitet.
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Wie vorstehend erläutert ist, stellt der Modus 1 eine Kaltstartstrategie dar, mittels derer das Fahrzeug 10 und insbesondere der Verbrennungsmotor 12 mit dem Ziel gesteuert wird, den Katalysator 56 schnell aufzuheizen. Umgekehrt wird das Fahrzeug 10 im Modus 2 auf der Basis anderer Erwägungen betrieben. Im Modus 2 wird der Verbrennungsmotor 12 zumindest teilweise auf der Basis der gewünschten Fahrzeugausgangsleistung und dem Betriebszustand der Batterie 46 betrieben. Wenn die Batterie 46 z. B. aufgeladen werden muss, stellt der Verbrennungsmotor 12 Ausgangsleistung zur Verfügung, um das Fahrzeug 10 anzutreiben und die Batterie 46 aufzuladen. Umgekehrt kann dieser, wenn die Batterie 46 voll aufgeladen ist, etwas von der zum Antreiben des Fahrzeugs 10 erforderlichen Leistung liefern, wodurch eine Reduzierung des Leistungsausgangs aus dem Verbrennungsmotor 12 erleichtert wird. Da es einen großen Wechsel im Leistungsausgangswert des Verbrennungsmotors 12 geben kann wenn der Modus 1 endet und der Modus 2 beginnt, ist ein Übergangsmodus vorgesehen, der dabei hilft, dass der Wechsel vom Modus 1 zum Modus 2 dem Fahrer transparent erscheint.
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Wie in 4 dargestellt, sind zwei verschiedene Übergangsmodi vorgesehen, und zwar ein Modus im unteren Bereich des Diagramms und ein Modus im oberen bereich. Die beiden verschiedenen Übergangsmodi stellen hauptsächlich zwei verschiene Wege dar, durch die die Übergangsmodi erzeugt werden können sobald der Modus 2 beginnt. Wie weiter oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert, wird bei einer Bewegung des Verbrennungsmotorbetriebspunktes dahingehend, dass der Betrieb der Batterie 46 in die Zone A zurückgeführt wird, ein Filter eingesetzt, um den Übergang glatt zu gestalten. Der Übergangsmodus zwischen Modus 1 und Modus 2 setzt auch einen Filter ein, um sicherzustellen, dass die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 12 nicht zu abrupt geändert wird.
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4 zeigt eine Verbrennungsmotorausgangsleistung während des Modus 1 bei einem ersten Niveau – entsprechend 5 Kilowatt (kW). Die 5 kW – Ausgangsleistung wird hier nur für illustrative Zwecke benutzt und stellt eine Situation dar, bei der die Verbrennungsmotorausgangsleistung generell konstant bleibt – siehe Schritt 66 in 3. Um den Übergang zu Modus 2 darzustellen, ist entsprechend 4 vorgesehen, dass die gewünschte Verbrennungsmotorausgangsleistung auf ein zweites Niveau hin zunimmt, und zwar auf 10 kW in Modus 2. Wie aus 4 ersichtlich, erfolgt der Übergang von dem 5 kW – Niveau auf das 10 kW – Niveau längs einer Kurve, welche graduell einer Erhöhung der Verbrennungsmotorleistung entspricht, so dass diese Erhöhung für den Fahrer des Kraftfahrzeugs transparent wird. Der Übergangsmodus im unteren Bereich der 4 ist relativ kurz. Dies liegt daran, dass die Verbrennungsmotorausgangsleistung bis zu dem Punkt erhöht wird, an dem die Kurve die Linie Ausgang 1 (EXIT 1) schneidet. EXIT 1 stellt eine starke Erhöhung der vom Kraftfahrzeugfahrer angeforderten Leistung dar. In einem solchen Fall wird der Übergangsmodus verlassen und die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 12 ändert sich abrupt. Eine solche abrupte Änderung darf auftreten, da der Kraftfahrzeugfahrer eine solche Änderung erwartet. Im Gegensatz dazu wird der Übergangsmodus fortgesetzt, wenn der Kraftfahrzeugfahrer keine starke Zunahme der Leistung anfordert. In diesem Fall wird die Filterung der Änderung der Verbrennungsmotorausgangsleistung ebenfalls fortgesetzt.
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Ohne eine starke Zunahme der vom Fahrer angeforderten Leistung wird der Übergangsmodus fortgesetzt, bis sich die Verbrennungsmotorausgangsleistung innerhalb eines vorbestimmten Betrags des erwünschten Leistungsniveaus des Modus 2 befindet, in diesem Fall 10 kW. Die Länge der Linie ”EXIT 2” stellt diesen vorbestimmten Betrag dar und ist nahe genug am Leistungsniveau des Modus 2 eingestellt, so dass der Fahrer die Änderung aus dem Übergangsmodus in den Modus 2 nicht bemerkt. So bietet die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Vorteilen, so u. a. eine Strategie zur Reduzierung der Emissionen bei einem Kaltstart und einen glatten Übergang aus der Kaltstartstrategie in den normalen Fahrzeugbetrieb.
