DE102019200418A1

DE102019200418A1 - Method for influencing the temperature of an exhaust gas, hybrid motor arrangement and hybrid electric motor vehicle

Info

Publication number: DE102019200418A1
Application number: DE102019200418.0A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kindl; Andreas Kuske; Jörg Kemmerling; Vanco Smiljanovski; Franz Arnd Sommerhoff; Hanno Friederichs; Rob Stalman
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Verfahren zur Beeinflussung der Temperatur T eines von einem einen Antriebsstrang 2 antreibenden Verbrennungsmotor 3 erzeugten Abgases 8, das ein Zuführen von Zuluft 6 zu dem Verbrennungsmotor 3 über einen Zuluftstrang 5, ein Erzeugen eines Abgases 8 mittels des Verbrennungsmotors 3, ein Einleiten des Abgases 8 in einen Abgasstrang 7, ein Antreiben einer im Abgasstrang 7 angeordneten Abgasturbine 12 eines Turboladers 9 mittels des Abgases 8, ein Antreiben eines in dem Zuluftstrang 5 angeordneten Verdichters 10 des Turboladers 9 mittels der Abgasturbine 12, ein Verdichten der Zuluft 6 im Zuluftstrang 5 mittels des Verdichters 10, ein Ermitteln der Temperatur T des Abgases 8, ein Vergleichen der Temperatur T des Abgases 8 mit einer Abgasmindesttemperatur Tmin und/oder einer Abgasmaximaltemperatur Tmax, bei Unterschreiten der Abgasmindesttemperatur Tmin Vergrößern eines Strömungsquerschnitts der Abgasturbine 12, Abführen von kinetischer Energie vom Antriebsstrang 2, Umwandeln der kinetischen Energie in elektrische Energie, Umwandeln der elektrischen Energie in kinetische Energie und Zuführen der kinetischen Energie zum Turbolader 9 und/oder bei Überschreiten der Abgasmaximaltemperatur Tmax Verringern des Strömungsquerschnitts der Abgasturbine 12, Abführen von kinetischer Energie vom Turbolader 9, Umwandeln der kinetischen Energie in elektrische Energie, Umwandeln der elektrischen Energie in kinetische Energie und Zuführen der elektrischen Energie zum Antriebsstrang 2 aufweist.Method for influencing the temperature T of an exhaust gas 8 generated by an internal combustion engine 3 driving a drive train 2, which involves supplying supply air 6 to the internal combustion engine 3 via a supply air line 5, generating an exhaust gas 8 by means of the internal combustion engine 3, and introducing the exhaust gas 8 in an exhaust gas line 7, driving an exhaust gas turbine 12 of a turbocharger 9 arranged in the exhaust gas line 7 by means of the exhaust gas 8, driving a compressor 10 of the turbocharger 9 arranged in the supply air line 5 by means of the exhaust gas turbine 12, compressing the supply air 6 in the supply air line 5 by means of the compressor 10, determining the temperature T of the exhaust gas 8, comparing the temperature T of the exhaust gas 8 with an exhaust gas minimum temperature Tmin and / or an exhaust gas maximum temperature Tmax, when the exhaust gas temperature 12 falls below the minimum exhaust gas temperature Tmin, enlarging a flow cross section of the exhaust gas turbine 12, dissipating kinetic energy from the drive train 2, Convert the kinetisc hen energy into electrical energy, converting the electrical energy into kinetic energy and supplying the kinetic energy to the turbocharger 9 and / or when the exhaust gas maximum temperature Tmax is exceeded, reducing the flow cross section of the exhaust gas turbine 12, removing kinetic energy from the turbocharger 9, converting the kinetic energy into electrical Has energy, converting the electrical energy into kinetic energy and supplying the electrical energy to the drive train 2.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Temperatur eines von einem einen Antriebsstrang antreibenden Verbrennungsmotor erzeugten Abgases, eine Hybridmotoranordnung und ein Hybridelektrokraftfahrzeug.The present invention relates to a method for influencing the temperature of an exhaust gas generated by an internal combustion engine driving a drive train, a hybrid motor arrangement and a hybrid electric motor vehicle.

Heutige und zukünftige gesetzliche Vorschriften haben eine Reduktion der Stickoxidemission in die Umwelt, insbesondere durch Dieselmotoren, zum Ziel. Um dies zu erreichen kann einerseits die vom Verbrennungsmotor während des Verbrennungsvorgangs erzeugte Stickoxidmenge reduziert werden, indem der Verbrennungsprozess und die Motorabstimmung optimiert werden. Andererseits können entstandene Stickoxide im Abgasstrang nachbehandelt und in ungiftige Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Hierfür können Katalysatoren, wie z. B. LNT-Katalysatoren (engl. Lean nitroxide trap, dt. Magerstickoxidfalle) und/oder SCR-Katalysatoren (engl. selective catalytic reduction, dt. selektive katalytische Reduktion) eingesetzt werden.Today's and future legal regulations aim to reduce nitrogen oxide emissions into the environment, particularly through diesel engines. To achieve this, the amount of nitrogen oxide generated by the internal combustion engine during the combustion process can be reduced by optimizing the combustion process and engine tuning. On the other hand, nitrogen oxides generated can be post-treated in the exhaust system and converted into non-toxic reaction products. For this, catalysts, such as. B. LNT catalysts (Engl. Lean nitroxide trap, German. Lean nitrogen oxide trap) and / or SCR catalysts (Engl. Selective catalytic reduction, Eng. Selective catalytic reduction) are used.

Die Effizienz von Katalysatoren, also die Umwandlungsrate der katalytischen Reaktion, ist üblicherweise temperaturabhängig. Sowohl unterhalb einer Mindesttemperatur, der sog. light-off Temperatur, als auch oberhalb einer Maximaltemperatur ist die Umwandlungsrate sehr gering, so dass das Abgas folglich nicht ausreichend nachbehandelt werden kann und Luftschadstoffe vermehrt in die Umgebung abgegeben werden. Daher sollten Katalysatoren innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs betrieben werden.The efficiency of catalysts, i.e. the conversion rate of the catalytic reaction, is usually temperature-dependent. The conversion rate is very low both below a minimum temperature, the so-called light-off temperature, and above a maximum temperature, so that the exhaust gas cannot consequently be treated sufficiently and air pollutants are increasingly released into the environment. Therefore, catalysts should be operated within a certain temperature range.

Besonders stark ist diese Temperaturabhängigkeit bei SCR-Katalysatoren zu beobachten, die zwar an sich sehr effizient sein können, was die Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas anbelangt. Allerdings wird diese hohe Effizienz nur in einem vergleichsweise kleinen Temperaturbereich erreicht.This temperature dependency can be observed particularly strongly in SCR catalytic converters, which in themselves can be very efficient in terms of the removal of nitrogen oxides from the exhaust gas. However, this high efficiency is only achieved in a comparatively small temperature range.

Eine Möglichkeit diesen Temperaturbereich einzuhalten ist es, die Abgastemperatur so einzustellen, dass diese innerhalb des effektiven Temperaturbereichs des Katalysators liegt, da sich der Katalysator durch Kontakt mit dem Abgas erwärmt bzw. abkühlt.One way to maintain this temperature range is to set the exhaust gas temperature so that it lies within the effective temperature range of the catalytic converter, since the catalytic converter heats up or cools down through contact with the exhaust gas.

Aus der US 7 237 381 B2 sind ein Turboladersystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bekannt. Hierbei wird eine wahlweise als Elektromotor oder Generator arbeitende Elektromaschine mit der Turboladerwelle gekoppelt, so dass diese beschleunigt bzw. gebremst werden kann. Um eine Erhöhung der Temperatur des dem Katalysator zugeführten Abgases zu erreichen, wird die Geometrie der Abgasturbine so geändert, dass der Querschnitt, der vom Abgas durchströmt wird, verringert wird. Dies führt zu einer Druckerhöhung stromaufwärts der Abgasturbine und folglich zu einer Erhöhung der Abgastemperatur sowie einer Beschleunigung des Turboladers. Um den Druck der Zuluft im Zuluftstrang konstant zu halten, wird der Beschleunigung des Turboladers entgegengewirkt, indem die Turboladerwelle mittels der als Generator arbeitenden Elektromaschine gebremst wird.From the US 7,237,381 B2 A turbocharger system for an internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine are known. In this case, an electric machine, optionally operating as an electric motor or generator, is coupled to the turbocharger shaft so that it can be accelerated or braked. In order to achieve an increase in the temperature of the exhaust gas supplied to the catalytic converter, the geometry of the exhaust gas turbine is changed in such a way that the cross section through which the exhaust gas flows is reduced. This leads to an increase in pressure upstream of the exhaust gas turbine and consequently to an increase in the exhaust gas temperature and an acceleration of the turbocharger. In order to keep the pressure of the supply air in the supply air line constant, the acceleration of the turbocharger is counteracted by braking the turbocharger shaft by means of the electric machine working as a generator.

Unter einigen Betriebsbedingungen kann die mittels des in der US 7 237 381 B2 beschriebenen Verfahrens erreichbare Temperaturänderung des Abgases jedoch unzureichend sein, um die Temperatur der Katalysatoren im gewünschten Bereich zu halten.Under some operating conditions, the in the US 7,237,381 B2 described process achievable temperature change of the exhaust gas may be insufficient to keep the temperature of the catalysts in the desired range.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Möglichkeiten anzugeben, mit denen die vorstehend genannten Nachteile behoben werden können.The object of the present invention is to provide possibilities with which the disadvantages mentioned above can be eliminated.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände des Hauptanspruchs und der nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is solved by the subjects of the main claim and the subordinate claims. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Grundgedanke der Erfindung ist es, mittels einer auf einen Turbolader einer Hybridmotoranordnung einwirkenden und wahlweise als Elektromotor oder Generator arbeitenden Elektromaschine die im Abgas stromabwärts der Abgasturbine verbleibende Energiemenge zu beeinflussen. Ist beispielsweise eine Abkühlung des Abgases erforderlich, so kann aus dem Abgas mehr Energie extrahiert werden, indem die Elektromaschine als Generator betrieben wird. Mit anderen Worten wird der Wirkungsgrad der Abgasturbine des Turboladers, also das Verhältnis von über die Turboladerwelle abgegebener Energie zu der im Abgas enthaltenen und folglich für die Abgasturbine maximal zur Verfügung stehende Energiebeeinflusst. Ausgehend von einem stationären Ausgangszustand kühlt sich das Abgas stromabwärts der Abgasturbine bei einer Erhöhung des Wirkungsgrads der Abgasturbine ab, indem dem Abgas im Vergleich zum stationären Ausgangszustand mehr Energie entzogen wird. Umgekehrt führt eine Verringerung des Wirkungsgrads zu einer Erwärmung im Vergleich zum stationären Ausgangszustand, da dem Abgas weniger Energie entzogen wird.The basic idea of the invention is to influence the amount of energy remaining in the exhaust gas downstream of the exhaust gas turbine by means of an electric machine acting on a turbocharger of a hybrid engine arrangement and optionally operating as an electric motor or generator. If, for example, cooling of the exhaust gas is required, more energy can be extracted from the exhaust gas by operating the electric machine as a generator. In other words, the efficiency of the exhaust gas turbine of the turbocharger, that is to say the ratio of the energy output via the turbocharger shaft to the energy contained in the exhaust gas and consequently maximally available for the exhaust gas turbine, is influenced. Starting from a stationary initial state, the exhaust gas cools downstream of the exhaust gas turbine with an increase in the efficiency of the exhaust gas turbine by extracting more energy from the exhaust gas compared to the stationary initial state. Conversely, a reduction in efficiency leads to heating compared to the stationary initial state, since less energy is extracted from the exhaust gas.

Die auf den Turbolader einwirkende Elektromaschine wird mit einer weiteren Elektromaschine kombiniert, die auf den Antriebsstrang einwirkt bzw. Teil des Antriebsstrangs ist. Die im Falle einer erforderlichen Abkühlung des Abgases aus dem Abgas extrahierte Energie kann unmittelbar an die weitere Elektromaschine übertragen und zum Antreiben des Antriebsstrangs genutzt werden. Dies führt zu einer Reduzierung der inneren Verbrennungsmotorlast und folglich zu einer weiteren Absenkung der Abgastemperatur.The electric machine acting on the turbocharger is combined with another electric machine, which acts on the drive train or is part of the drive train. The energy extracted from the exhaust gas if the exhaust gas has to be cooled can be transmitted directly to the further electric machine and used to drive the drive train. This leads to a reduction in the internal engine load and consequently to a further reduction in the exhaust gas temperature.

Umgekehrt kann bei einer erforderlichen Erwärmung des Abgases eine zusätzliche Last auf den Verbrennungsmotor aufgebracht werden, indem die weitere Elektromaschine als Generator betrieben wird und dem Antriebsstrang Energie entnimmt. Die Lasterhöhung geht mit einer Erhöhung der Abgastemperatur einher. Die dem Antriebsstrang entzogene Energie kann mittels der auf den Turbolader einwirkenden Elektromaschine unmittelbar auf den Turbolader übertragen werden, so dass bei gleichbleibendem Ladedruck im Zuluftstrang der Wirkungsgrad der Abgasturbine reduziert werden kann, so dass das Abgas weniger stark abgekühlt wird.Conversely, if the exhaust gas needs to be heated, an additional load can be applied to the internal combustion engine by operating the further electric machine as a generator and taking energy from the drive train. The increase in load is accompanied by an increase in the exhaust gas temperature. The energy extracted from the drive train can be transferred directly to the turbocharger by means of the electric machine acting on the turbocharger, so that the efficiency of the exhaust gas turbine can be reduced while the charge pressure in the supply air train remains constant, so that the exhaust gas is cooled less.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Beeinflussung der Temperatur eines von einem einen Antriebsstrang antreibenden Verbrennungsmotor erzeugten Abgases weist ein Zuführen von Zuluft zu dem Verbrennungsmotor über einen Zuluftstrang, ein Erzeugen eines Abgases mittels des Verbrennungsmotors, ein Einleiten des Abgases in einen Abgasstrang, ein Antreiben einer im Abgasstrang angeordneten regelbaren Abgasturbine eines Turboladers mittels des Abgases, ein Antreiben eines in dem Zuluftstrang angeordneten Verdichters des Turboladers mittels der Abgasturbine, ein Verdichten der Zuluft im Zuluftstrang mittels des Verdichters, ein Ermitteln der Temperatur des Abgases sowie ein Vergleichen der Temperatur des Abgases mit einer Abgasmindesttemperatur und/oder einer Abgasmaximaltemperatur auf.A method according to the invention for influencing the temperature of an exhaust gas generated by an internal combustion engine driving a drive train comprises supplying supply air to the internal combustion engine via an supply air train, generating an exhaust gas by means of the internal combustion engine, introducing the exhaust gas into an exhaust train, driving an exhaust train controllable exhaust gas turbine of a turbocharger by means of the exhaust gas, driving a compressor of the turbocharger arranged in the supply air line by means of the exhaust gas turbine, compressing the supply air in the supply air line by means of the compressor, determining the temperature of the exhaust gas and comparing the temperature of the exhaust gas with a minimum exhaust gas temperature and / or an exhaust gas maximum temperature.

Unter einem Verbrennungsmotor, teilweise auch als Brennkraftmaschine bezeichnet, ist eine Verbrennungskraftmaschine zur Umwandlung von im Kraftstoff enthaltener chemischer Energie in mechanische Arbeit zu verstehen. Während des dafür nötigen Verbrennungsvorgangs wird Abgas gebildet, das in einen sich an den Verbrennungsmotor anschließenden Abgasstrang eingeleitet wird. Die für den Verbrennungsvorgang benötigte Zuluft wird dem Verbrennungsmotor über einen Zuluftstrang von außen zugeführt. Optional kann dem Verbrennungsmotor eine Abgasrückführung zugeordnet sein, so dass der Zuluft ein Anteil an Abgas zugemischt werden kann. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise als selbstzündender oder fremdgezündeter Verbrennungsmotor ausgebildet sein. Als Kraftstoff kann beispielsweise Motorbenzin oder Diesel genutzt werden.An internal combustion engine, sometimes also referred to as an internal combustion engine, is to be understood as an internal combustion engine for converting chemical energy contained in the fuel into mechanical work. During the necessary combustion process, exhaust gas is formed, which is introduced into an exhaust line connected to the internal combustion engine. The supply air required for the combustion process is supplied to the internal combustion engine from outside via a supply air line. An exhaust gas recirculation can optionally be assigned to the internal combustion engine, so that a proportion of exhaust gas can be mixed into the supply air. The internal combustion engine can be designed, for example, as a self-igniting or spark-ignited internal combustion engine. For example, motor gasoline or diesel can be used as fuel.

Dem Verbrennungsmotor ist des Weiteren ein Turbolader zugeordnet, der eine im Abgasstrang angeordnete regelbare Abgasturbine und einen im Zuluftstrang angeordneten Verdichter aufweist. Abgasturbine und Verdichter sind mittels einer Turboladerwelle miteinander verbunden, so dass der Verdichter mittels der Abgasturbine angetrieben werden kann. Die Abgasturbine weist ein aerodynamisches Regelorgan, z. B. eine variable Turbinengeometrie mit verstellbaren Turbinenschaufeln und/oder ein Wastegate auf. Mit anderen Worten kann der Turbolader als Variable-Turbinengeometrie-Lader oder Wastegate-Lader ausgebildet sein.A turbocharger is also assigned to the internal combustion engine, which has a controllable exhaust gas turbine arranged in the exhaust line and a compressor arranged in the supply air line. The exhaust gas turbine and the compressor are connected to one another by means of a turbocharger shaft, so that the compressor can be driven by the exhaust gas turbine. The exhaust gas turbine has an aerodynamic control element, e.g. B. a variable turbine geometry with adjustable turbine blades and / or a wastegate. In other words, the turbocharger can be designed as a variable turbine geometry loader or wastegate loader.

Der Abgasstrang wird durch eine Abgasleitung gebildet, die vom Abgas durchströmt wird und in der Einrichtungen wie z. B. Katalysatoren, Filter, Sensoren etc. angeordnet sein können, so dass diese Einrichtungen ebenfalls vom Abgas durchströmt werden können und die Eigenschaften des Abgas, z. B. dessen Zusammensetzung, Temperatur etc., ermittelt und ggf. geändert werden können. Angegebene Strömungsrichtungen beziehen sich auf die Strömungsrichtung des Abgases vom Verbrennungsmotor in Richtung Auspuff.The exhaust line is formed by an exhaust line, through which the exhaust gas flows and in the devices such. B. catalysts, filters, sensors, etc. can be arranged so that these devices can also flow through the exhaust gas and the properties of the exhaust gas, for. B. its composition, temperature, etc., can be determined and changed if necessary. Stated flow directions refer to the flow direction of the exhaust gas from the internal combustion engine in the direction of the exhaust.

Die Ermittlung der Abgastemperatur kann mittels eines Temperatursensors erfolgen, der im Abgasstrang angeordnet ist. Bevorzugt kann die Temperatur des Abgases stromabwärts der Abgasturbine ermittelt werden.The exhaust gas temperature can be determined by means of a temperature sensor which is arranged in the exhaust line. The temperature of the exhaust gas can preferably be determined downstream of the exhaust gas turbine.

Die ermittelte Abgastemperatur wird mit einer Abgasmindesttemperatur und/oder einer Abgasmaximaltemperatur verglichen. Dies bedeutet, dass die ermittelte Abgastemperatur entweder nur mit der Abgasmindesttemperatur, nur mit der Abgasmaximaltemperatur oder sowohl mit der Abgasmindesttemperatur als auch mit der Abgasmaximaltemperatur verglichen wird. Entsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu genutzt werden, eine zu niedrige Abgastemperatur zu erhöhen, eine zu hohe Abgastemperatur zu verringern oder sowohl eine zu niedrige Abgastemperatur zu erhöhen als auch eine zu hohe Abgastemperatur zu verringern.The determined exhaust gas temperature is compared with a minimum exhaust gas temperature and / or an exhaust gas maximum temperature. This means that the determined exhaust gas temperature is compared either only with the minimum exhaust gas temperature, only with the maximum exhaust gas temperature or with both the minimum exhaust gas temperature and the maximum exhaust gas temperature. Accordingly, the method according to the invention can be used to increase an exhaust gas temperature that is too low, to reduce an exhaust gas temperature that is too high or both to increase an exhaust gas temperature that is too low and to reduce an exhaust gas temperature that is too high.

Die Abgasmindesttemperatur kann beispielsweise der light-off Temperatur eines im Abgasstrang angeordneten Katalysators entsprechen. Die Abgasmaximaltemperatur kann beispielsweise einer Maximaltemperatur des Katalysators entsprechen, bei deren Überschreiten die Umwandlungsrate der katalytischen Reaktion abnimmt und/oder eine thermische Schädigung des Katalysators droht. Die Abgasmaximaltemperatur kann z. B. 500 °C betragen. Abgasmindesttemperatur und Abgasmaximaltemperatur können also denjenigen Temperaturbereich festlegen, indem eine katalytische Reaktion mit ausreichender Reaktionsgeschwindigkeit und Reaktionseffizienz abläuft.The minimum exhaust gas temperature can correspond, for example, to the light-off temperature of a catalytic converter arranged in the exhaust line. The maximum exhaust gas temperature can correspond, for example, to a maximum temperature of the catalytic converter, above which the conversion rate of the catalytic reaction decreases and / or thermal damage to the catalytic converter threatens. The maximum exhaust gas temperature may e.g. B. 500 ° C. The minimum exhaust gas temperature and the maximum exhaust gas temperature can determine the temperature range in which a catalytic reaction proceeds with a sufficient reaction rate and reaction efficiency.

Wird die ermittelte Abgastemperatur mit der Abgasmindesttemperatur verglichen und es wird ein Unterschreiten der Abgasmindesttemperatur festgestellt, so werden folgende Maßnahmen durchgeführt: Vergrößern des Strömungsquerschnitts der Abgasturbine, Abführen von kinetischer Energie vom Antriebsstrang, Umwandeln der kinetischen Energie in elektrische Energie, Umwandeln der elektrischen Energie in kinetische Energie und Zuführen der kinetischen Energie zum Turbolader.If the determined exhaust gas temperature is compared with the minimum exhaust gas temperature and a drop below the minimum exhaust gas temperature is determined, the following measures are carried out: enlarging the flow cross section of the exhaust gas turbine, dissipating kinetic energy from Powertrain, convert kinetic energy to electrical energy, convert electrical energy to kinetic energy, and deliver kinetic energy to the turbocharger.

Wird die ermittelte Abgastemperatur mit der Abgasmaximaltemperatur verglichen und es wird ein Überschreiten der Abgasmaximaltemperatur festgestellt, so werden folgende Maßnahmen durchgeführt: Verringern des Strömungsquerschnitts der Abgasturbine, Abführen von kinetischer Energie vom Turbolader, Umwandeln der kinetischen Energie in elektrische Energie, Umwandeln der elektrischen Energie in kinetische Energie und Zuführen der elektrischen Energie zum Antriebsstrang.If the determined exhaust gas temperature is compared with the maximum exhaust gas temperature and the maximum exhaust gas temperature is determined to be exceeded, the following measures are carried out: reducing the flow cross section of the exhaust gas turbine, removing kinetic energy from the turbocharger, converting the kinetic energy into electrical energy, converting the electrical energy into kinetic Energy and supply of electrical energy to the drive train.

Der Strömungsquerschnitt der Abgasturbine kann verändert werden, indem die Turbinenschaufeln verstellt werden und/oder indem der Anteil des Abgases, das mittels eines als Wastegate bezeichneten Bypasses an der Abgasturbine vorbeigeleitet wird, geändert wird. Eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der Abgasturbine bewirkt eine Verringerung des Wirkungsgrads der Abgasturbine. Eine Verringerung des Strömungsquerschnitts der Abgasturbine bewirkt eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Abgasturbine.The flow cross section of the exhaust gas turbine can be changed by adjusting the turbine blades and / or by changing the proportion of the exhaust gas that is bypassed the exhaust gas turbine by means of a wastegate. An increase in the flow cross section of the exhaust gas turbine causes a reduction in the efficiency of the exhaust gas turbine. A reduction in the flow cross section of the exhaust gas turbine causes an increase in the efficiency of the exhaust gas turbine.

Für die Energieübertragung und Energieumwandlung können zwei Elektromaschinen genutzt werden. Eine Elektromaschine wird als Generator betrieben, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die mittels des Generators erzeugte elektrische Energie wird dann zur direkten Speisung der weiteren Elektromaschine genutzt, die als Elektromotor betrieben wird und die elektrische Energie wieder in kinetische Energie umwandelt.Two electrical machines can be used for energy transmission and energy conversion. An electric machine is operated as a generator to convert kinetic energy into electrical energy. The electrical energy generated by the generator is then used for the direct supply of the further electric machine, which is operated as an electric motor and converts the electrical energy back into kinetic energy.

Eine der Elektromaschinen steht in einer Wirkverbindung mit dem Antriebsstrang, während die andere Elektromaschine in einer Wirkverbindung mit dem Turbolader steht, so dass Energie zwischen Antriebsstrang und Turbolader in beide Richtungen übertragen werden kann, je nachdem, ob eine Erwärmung oder Abkühlung des Abgases erforderlich ist.One of the electrical machines is operatively connected to the drive train, while the other electrical machine is operatively connected to the turbocharger, so that energy can be transmitted between the drive train and turbocharger in both directions, depending on whether heating or cooling of the exhaust gas is required.

Die Energieübertragung zwischen den beiden Elektromaschinen kann bevorzugt direkt, also unmittelbar ohne Zwischenspeicherung in einer wiederaufladbaren Batterie o. ä. erfolgen, wobei die gesamte mittels der einen Elektromaschine erzeugte elektrische Energie vollständig von der anderen Elektromaschine wieder in kinetische Energie umgewandelt wird. Vorteilhaft kann hierdurch auf eine Speichereinrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie sowie eine entsprechende Regelung verzichtet werden.The energy transfer between the two electric machines can preferably take place directly, that is to say immediately without intermediate storage in a rechargeable battery or the like, the entire electric energy generated by means of one electric machine being converted completely again into kinetic energy by the other electric machine. This advantageously means that a storage device for storing electrical energy and a corresponding regulation can be dispensed with.

Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Teil der erzeugten elektrischen Energie zwischengespeichert wird, falls der Bedarf an elektrischer Energie der anderen Elektromaschine zum Zeitpunkt der Energieerzeugung geringer als die erzeugte elektrische Energie ist. Umgekehrt kann elektrische Energie aus einem Zwischenspeicher entnommen werden, falls die erzeugte elektrische Energie nicht ausreichend ist. Vorteilhaft können hierdurch beide Elektromaschinen unabhängig voneinander betrieben werden.Alternatively, however, it can also be provided that part of the electrical energy generated is temporarily stored if the electrical energy requirement of the other electrical machine at the time of the energy generation is less than the electrical energy generated. Conversely, electrical energy can be drawn from an intermediate store if the electrical energy generated is insufficient. This advantageously allows both electrical machines to be operated independently of one another.

Die mit dem Turbolader in einer Wirkverbindung stehende Elektromaschine kann beispielsweise direkt auf die Turboladerwelle einwirken und dieser Energie hinzufügen oder entnehmen. Die mit dem Antriebsstrang in einer Wirkverbindung stehende Elektromaschine kann beispielsweise direkt auf den Antriebsstrang einwirken und diesem Energie hinzufügen oder entnehmen (Rekuperation).The electrical machine that is operatively connected to the turbocharger can, for example, act directly on the turbocharger shaft and add or remove energy from it. The electric machine that is operatively connected to the drive train can, for example, act directly on the drive train and add or remove energy from it (recuperation).

Bei Unterschreiten der Abgasmindesttemperatur wird dem Turbolader elektrische Energie zugeführt, so dass trotz Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Ladedrucks im Zuluftstrang weniger Energie aus dem Abgas entnommen werden muss, dass folglich weniger abgekühlt wird und eine höhere Temperatur behält. Durchströmt dieses wärmere Abgas nun eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, z. B. einen Katalysator, kann auch diese auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Gleichzeitig wird die dem Turbolader zugeführte elektrische Energie dem Antriebsstrang mittels der als Generator arbeitenden Elektromaschine entnommen, es wird also eine erhöhte Last auf den Verbrennungsmotor aufgebracht. Um diese zusätzliche Last zu kompensieren, wird mehr Kraftstoff im Verbrennungsmotor verbrannt, so dass die Abgastemperatur zusätzlich erhöht wird.If the exhaust gas temperature falls below the minimum, electrical energy is supplied to the turbocharger, so that despite maintaining a predetermined boost pressure in the supply air line, less energy has to be taken from the exhaust gas, and consequently less cooling and maintaining a higher temperature. Flows through this warmer exhaust gas now an exhaust gas aftertreatment device, for. B. a catalyst, this can also be heated to a higher temperature. At the same time, the electrical energy supplied to the turbocharger is taken from the drive train by means of the electric machine operating as a generator, so an increased load is applied to the internal combustion engine. In order to compensate for this additional load, more fuel is burned in the internal combustion engine, so that the exhaust gas temperature is additionally increased.

Die Abgasmindesttemperatur wird beispielsweise nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors unterschritten.The minimum exhaust gas temperature is dropped below, for example, after a cold start of the internal combustion engine.

Bei Überschreiten der Abgasmaximaltemperatur wird zusätzlich elektrische Energie vom Turbolader abgeführt, so dass zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Ladedrucks im Zuluftstrang mehr thermische Energie aus dem Abgas entnommen werden muss, dass folglich stärker expandiert und stromabwärts der Abgasturbine eine niedrigere Temperatur aufweist. Durchströmt dieses kühlere Abgas nun eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, z. B. einen Katalysator, wird auch innerhalb des Katalysators eine vergleichsweise niedrigere Temperatur erreicht. Gleichzeitig wird die dem Turbolader entnommene zusätzliche Energie, die nicht unmittelbar zur Verdichtung der Zuluft im Zuluftstrang verwendet wird, dem Antriebsstrang zugeführt, so dass sich die auf den Verbrennungsmotor aufgebrachte Last reduziert. Folglich wird zum Erreichen derselben Antriebsleistung weniger Kraftstoff benötigt.When the maximum exhaust gas temperature is exceeded, additional electrical energy is discharged from the turbocharger, so that in order to maintain a predetermined boost pressure in the supply air line, more thermal energy has to be taken from the exhaust gas, which consequently expands more and has a lower temperature downstream of the exhaust gas turbine. This cooler exhaust gas now flows through an exhaust gas aftertreatment device, e.g. B. a catalyst, a comparatively lower temperature is reached within the catalyst. At the same time, the additional energy taken from the turbocharger, which is not used directly to compress the supply air in the supply air line, is fed to the drive train, so that the load applied to the internal combustion engine is reduced. As a result, less fuel is required to achieve the same drive power.

Die Abgasmaximaltemperatur kann beispielsweise überschritten werden, falls der Verbrennungsmotor unter Hoch- oder Volllast, ggf. für einen längeren Zeitraum, betrieben wird. The maximum exhaust gas temperature can be exceeded, for example, if the internal combustion engine is operated under high or full load, possibly for a longer period.

Vorteilhaft kann die Abgastemperatur mittels des Verfahrens zusätzlich beeinflusst, also verringert oder erhöht, werden, indem die abgegebene Leistung des Verbrennungsmotors bei gleichbleibender gesamter Antriebsleistung reduziert bzw. erhöht wird. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Anteil der beim Verbrennungsmotor reduzierten Leistung durch elektrische Leistung, z. B. mittels der mit dem Antriebstrang in einer Wirkverbindung stehenden Elektromaschine, ausgeglichen wird bzw. dass der Anteil der beim Verbrennungsmotor erhöhten Leistung durch Entnahme elektrischer Energie ausgeglichen wird. Folglich kann die Abgastemperatur erhöht werden, in dem die abgegebene Leistung des Verbrennungsmotors bei gleichbleibender gesamter Antriebsleistung erhöht wird, indem eine zusätzliche Generatorlast auf die Elektromaschine des Antriebsstrangs aufgebracht wird. Die Abgastemperatur kann verringert werden, indem die Antriebsleistung teilweise mittels der als Elektromotor arbeitenden Elektromaschine des Antriebsstrangs erzeugt wird.The exhaust gas temperature can advantageously also be influenced, that is to say reduced or increased, by means of the method in that the output power of the internal combustion engine is reduced or increased while the overall drive power remains the same. This is made possible by the fact that the proportion of the power reduced in the internal combustion engine by electrical power, for. B. is compensated by means of the electrical machine in operative connection with the drive train, or that the proportion of the increased power in the internal combustion engine is compensated for by drawing electrical energy. As a result, the exhaust gas temperature can be increased by increasing the output of the internal combustion engine while maintaining the total drive power by applying an additional generator load to the electric machine of the drive train. The exhaust gas temperature can be reduced in that the drive power is generated in part by means of the electric machine of the drive train working as an electric motor.

Die Erfindung ermöglicht daher eine Erhöhung bzw. Reduktion der Abgastemperatur im Abgasstrang stromabwärts der Abgasturbine und eine entsprechende Temperierung der Abgasnachbehandlungseinrichtungen über einen großen Temperaturbetrag, da die Abgastemperatur nicht nur durch Variation des Wirkungsgrads der Abgasturbine, sondern zusätzlich auch durch Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors beeinflusst wird. Die Abgasnachbehandlung, z. B. mittels eines SCR-Katalysators, kann auch unter hohen Lasten des Verbrennungsmotors effizient erfolgen, indem die Abgastemperatur des in die Abgasnachbehandlungseinrichtung eintretenden Abgases verringert wird. Die Konvertierungseffizienz kann erhöht oder aufrechterhalten werden. Thermische Schädigungen von Abgasnachbehandlungseinrichtungen aufgrund zu hoher Temperaturen können vermieden werden.The invention therefore enables an increase or reduction in the exhaust gas temperature in the exhaust line downstream of the exhaust gas turbine and a corresponding temperature control of the exhaust gas aftertreatment devices over a large amount of temperature, since the exhaust gas temperature is influenced not only by varying the efficiency of the exhaust gas turbine, but also by shifting the load point of the internal combustion engine. The exhaust gas aftertreatment, e.g. B. by means of an SCR catalyst, can also be carried out efficiently under high loads of the internal combustion engine by reducing the exhaust gas temperature of the exhaust gas entering the exhaust gas aftertreatment device. The conversion efficiency can be increased or maintained. Thermal damage to exhaust gas treatment devices due to excessive temperatures can be avoided.

Die Energieumwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie ist einfach und kostengünstig. Zudem lassen sich die für die Energieumwandlung genutzten Elektromaschinen einfach und zuverlässig steuern bzw. regeln, ohne dass es einer aufwändigen und kostenintensiven Regelung bedarf. Converting kinetic energy into electrical energy is simple and inexpensive. In addition, the electrical machines used for energy conversion can be controlled and regulated easily and reliably without the need for complex and costly regulation.

Gemäß verschiedenen Ausführungen kann die Antriebsleistung des Antriebsstrangs konstant gehalten werden.According to various designs, the drive power of the drive train can be kept constant.

Mit anderen Worten kann das Verfahren so ausgeführt werden, dass die Leistung am Abtrieb, z. B. an den Rädern eines Kraftfahrzeugs, unverändert bleibt. Die Gesamtantriebsleistung ergibt sich aus der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors und der zugeführten oder abgeführten elektrischen Energie pro Zeiteinheit zum Antriebsstrang, z. B. also der Leistung einer mit dem Antriebsstrang in einer Wirkverbindung stehenden Elektromaschine. Die Aufteilung der beiden Leistungskomponenten kann flexibel erfolgen, wobei die Gesamtleistung konstant bleibt. Wird also dem Antriebsstrang zusätzliche Energie zugeführt oder wird Energie vom Antriebsstrang abgeführt, so kann dies durch eine entsprechende Anpassung der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors kompensiert werden.In other words, the method can be carried out so that the output power, e.g. B. on the wheels of a motor vehicle remains unchanged. The total drive power results from the drive power of the internal combustion engine and the supplied or removed electrical energy per unit time to the drive train, for. B. So the performance of an electrical machine in operative connection with the drive train. The division of the two performance components can be done flexibly, while the overall performance remains constant. If additional energy is supplied to the drive train or if energy is dissipated from the drive train, this can be compensated for by a corresponding adaptation of the drive power of the internal combustion engine.

Vorteilhaft wirkt sich das Verfahren also nicht nachteilig auf den Antrieb aus und kann beispielsweise von dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs unbemerkt bleibend durchgeführt werden.The method therefore advantageously does not have a disadvantageous effect on the drive and can, for example, be carried out by the driver of a motor vehicle without being noticed.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der Druck der Zuluft im Zuluftstrang stromabwärts des Verdichters konstant gehalten werden.According to various design variants, the pressure of the supply air in the supply air line downstream of the compressor can be kept constant.

Mit anderen Worten kann das Verfahren vorteilhaft so ausgeführt werden, dass der Druck der in den Verbrennungsmotor eintretenden Zuluft, bestehend aus Frischluft und ggf. rückgeführtem Abgas, nicht beeinflusst wird, während dennoch ein Einfluss auf die im Abgas stromabwärts der Abgasturbine enthaltene Energie ausgeübt werden kann. Hierfür wird eine Änderung des Wirkungsgrads der Abgasturbine mittels Ab- oder Zuführen von kinetischer Energie zum Turbolader mittels der mit dem Turbolader in Wirkverbindung stehenden Elektromaschine kompensiert.In other words, the method can advantageously be carried out in such a way that the pressure of the supply air entering the internal combustion engine, consisting of fresh air and possibly recirculated exhaust gas, is not influenced while an influence on the energy contained in the exhaust gas downstream of the exhaust gas turbine can nevertheless be exerted . For this purpose, a change in the efficiency of the exhaust gas turbine by compensating for or supplying kinetic energy to the turbocharger is compensated for by means of the electric machine that is operatively connected to the turbocharger.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Verfahren bei Unterschreiten der Abgasmindesttemperatur ein Verringern des Verdichtens der Zuluft im Zuluftstrang und/oder bei Überschreiten der Abgasmaximaltemperatur ein Erhöhen des Verdichtens der Zuluft im Zuluftstrang aufweisen.According to various design variants, the method can have a reduction in the compression of the supply air in the supply air line and / or an increase in the compression of the supply air in the supply air line if the exhaust gas temperature falls below the minimum.

Da mit dem Druck im Zuluftstrang bei gleichbleibender Kraftstoffmenge das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und entsprechend der Abgasmassenstrom geändert werden, kann über den Druck im Zuluftstrang ebenfalls die Temperatur des Abgases beeinflusst werden. Zudem kann die Einhaltung anderer Trade-off Größen, wie z. b. der Rußemission, berücksichtigt werden.Since the pressure in the supply air line changes the air-fuel ratio and the exhaust gas mass flow accordingly while the fuel quantity remains the same, the temperature of the exhaust gas can also be influenced via the pressure in the supply air line. In addition, compliance with other trade-off sizes, such as b. the soot emission.

Soll die Abgastemperatur erhöht werden, da die Abgasmindesttemperatur unterschritten wird, wird die Zuluft im Zuluftstrang weniger stark verdichtet, d. h. der Druck wird reduziert. Bei gleichbleibender Kraftstoffmenge verringert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgasmassenstrom nimmt ab. Dies führt zu einem Anstieg der Abgastemperatur.If the exhaust gas temperature is to be increased because the minimum exhaust gas temperature is not reached, the supply air in the supply air line is less compressed, i. H. the pressure is reduced. If the amount of fuel remains the same, the air-fuel ratio decreases and the exhaust gas mass flow decreases. This leads to an increase in the exhaust gas temperature.

Soll hingegen die Abgastemperatur verringert werden, da die Abgasmaximaltemperatur überschritten wird, wird die Zuluft im Zuluftstrang stärker verdichtet, d. h. der Druck wird erhöht. Bei gleichbleibender Kraftstoffmenge vergrößert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgasmassenstrom nimmt zu. Dies führt zu einer niedrigeren Abgastemperatur, da die insgesamt freigesetzte Wärmeenergie von einem größeren Abgasvolumen aufgenommen wird. If, on the other hand, the exhaust gas temperature is to be reduced because the maximum exhaust gas temperature is exceeded, the supply air in the supply air duct is compressed to a greater extent, ie the pressure is increased. If the amount of fuel remains the same, the air-fuel ratio increases and the exhaust gas mass flow increases. This leads to a lower exhaust gas temperature, since the total heat energy released is absorbed by a larger exhaust gas volume.

Vorteilhaft kann also die Abgastemperatur zusätzlich über den Druck und damit die Dichte der Zuluft im Zuluftstrang beeinflusst werden. Dies ermöglicht eine schnellere und genauere Einstellung der Abgastemperatur. Zur Änderung des Drucks kann bei einem erfindungsgemäßen Turbolader zusätzlich zu der aerodynamischen Regeleinrichtung des Turboladers die mit dem Turbolader in einer Wirkverbindung stehende Elektromaschine genutzt werden, die je nach gewünschter Druckänderung den Verdichter im Zuluftstrang mit zusätzlicher Energie, die in diesem Zeitpunkt nicht aus dem Abgasmassenstrom entnommen wird, versorgen kann.The exhaust gas temperature can therefore also be advantageously influenced via the pressure and thus the density of the supply air in the supply air line. This enables a faster and more precise setting of the exhaust gas temperature. To change the pressure in a turbocharger according to the invention, in addition to the aerodynamic control device of the turbocharger, the electrical machine which is operatively connected to the turbocharger can be used, which, depending on the desired pressure change, the compressor in the supply air line with additional energy which at that time is not removed from the exhaust gas mass flow will supply.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Verfahren ein Zuführen des Abgases zu einem SCR-Katalysator und/oder einem LNT-Katalysator aufweisen.According to various design variants, the method can have the exhaust gas supplied to an SCR catalytic converter and / or an LNT catalytic converter.

Der SCR-Katalysator und/oder der LNT-Katalysator können bevorzugt stromabwärts der Abgasturbine angeordnet sein, so dass sie vorteilhaft von demjenigen Abgas durchströmt werden, dessen Temperatur zuvor mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens beeinflusst wurde. Bevorzugt weist das Abgas daher eine Temperatur auf, die innerhalb des bevorzugten Temperaturbereichs des Katalysators bzw. der Katalysatoren liegt. Hierdurch kann eine ausreichende Nachbehandlung des Abgases sichergestellt werden.The SCR catalytic converter and / or the LNT catalytic converter can preferably be arranged downstream of the exhaust gas turbine, so that the exhaust gas whose temperature was previously influenced by the method described above can advantageously flow through them. The exhaust gas therefore preferably has a temperature which is within the preferred temperature range of the catalytic converter or the catalytic converters. This can ensure adequate aftertreatment of the exhaust gas.

Optional kann der SCR-Katalysator als SDPF-Katalysator ausgebildet sein, d. h. als ein Partikelfilter, der mit einer katalytisch wirkenden SCR-Beschichtung versehen ist.The SCR catalytic converter can optionally be designed as an SDPF catalytic converter, i. H. as a particle filter, which is provided with a catalytically active SCR coating.

Eine erfindungsgemäße Hybridmotoranordnung weist einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einer ersten Elektromaschine, einen Zuluftstrang zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor, einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor, einen Turbolader mit einem im Zuluftstrang angeordneten Verdichter und einer im Abgasstrang angeordneten und über eine Turboladerwelle mit dem Verdichter verbundenen regelbaren Abgasturbine, eine mit dem Turbolader und der ersten Elektromaschine in einer Wirkverbindung stehende zweite Elektromaschine, eine Temperaturermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Temperatur des Abgases und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Sensorsignal des Temperatursensors zu empfangen und zu verarbeiten und Steuersignale an die erste Elektromaschine, die zweite Elektromaschine und die Abgasturbine auszugeben, auf. Optional kann ein weiteres Steuersignal an den Verbrennungsmotor ausgegeben werden.A hybrid engine arrangement according to the invention has a drive train with an internal combustion engine and a first electric machine, a supply air line for supplying supply air to the internal combustion engine, an exhaust gas line for discharging exhaust gas from the internal combustion engine, a turbocharger with a compressor arranged in the supply air line and one arranged in the exhaust line and via a turbocharger shaft the controllable exhaust gas turbine connected to the compressor, a second electric machine which is operatively connected to the turbocharger and the first electric machine, a temperature determining device for determining a temperature of the exhaust gas and a control unit which is set up and designed to receive and process a sensor signal of the temperature sensor and Output control signals to the first electric machine, the second electric machine and the exhaust gas turbine. Another control signal can optionally be output to the internal combustion engine.

Die Steuersignale können mit anderen Worten in Abhängigkeit der Temperatur des Abgases stromabwärts der Abgasturbine ausgegeben werden. Die Steuersignale an die beiden Elektromaschinen steuern dabei deren Wirkung als Elektromotor oder Generator. Das optional an den Verbrennungsmotor ausgegebene Steuersignal dient der Laststeuerung und das an die Abgasturbine ausgegebene Steuersignal dient der Steuerung des aerodynamischen Regelorgans (z. B. Wastegate oder Stellung der Turbinenschaufeln) der Abgasturbine.In other words, the control signals can be output as a function of the temperature of the exhaust gas downstream of the exhaust gas turbine. The control signals to the two electric machines control their effect as an electric motor or generator. The control signal optionally output to the internal combustion engine is used for load control and the control signal output to the exhaust gas turbine is used to control the aerodynamic control element (e.g. wastegate or position of the turbine blades) of the exhaust gas turbine.

Die Temperaturermittlungseinrichtung kann beispielsweise als Temperatursensor oder zur modellbasierten Abschätzung der Temperatur ausgebildet sein.The temperature determination device can be designed, for example, as a temperature sensor or for model-based estimation of the temperature.

Mit der Hybridmotoranordnung sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Hybridmotoranordnung kann zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen eingesetzt werden. Die obigen Ausführungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen daher auch zur Beschreibung der Hybridmotoranordnung.The advantages mentioned above with regard to the method are correspondingly associated with the hybrid motor arrangement. The hybrid motor arrangement can be used to carry out the method according to one of the aforementioned configurations or any combination of at least two of these configurations. The above explanations for explaining the method according to the invention therefore also serve to describe the hybrid motor arrangement.

Die Steuereinheit empfängt ein Sensorsignal des Temperatursensors und verarbeitet dieses basierend auf Anweisungen oder einem in der Steuereinheit programmierten Code entsprechend einer oder mehrerer Routinen. Die dabei generierten Steuersignale werden an die erste Elektromaschine, die zweite Elektromaschine, den Verbrennungsmotor und die Abgasturbine in Reaktion auf das verarbeitete Sensorsignal ausgegeben. Mit anderen Worten werden die Steuersignale in Abhängigkeit der Temperatur des Abgases ausgegeben. Weitere Regelgrößen können ebenfalls berücksichtigt werden, z. B. Motorlast, Luftmenge, elektrisches Powermanagement etc.The control unit receives a sensor signal from the temperature sensor and processes it based on instructions or a code programmed in the control unit in accordance with one or more routines. The control signals generated in the process are output to the first electric machine, the second electric machine, the internal combustion engine and the exhaust gas turbine in response to the processed sensor signal. In other words, the control signals are output as a function of the temperature of the exhaust gas. Other control variables can also be considered, e.g. B. engine load, air volume, electrical power management etc.

Die Steuereinheit kann hardware- und/oder softwaremäßig realisiert sein und physisch ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Steuereinheit Teil einer Motorsteuerung sein oder in diese integriert sein. In einer typischen Ausgestaltung fungiert die Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs als Steuereinheit.The control unit can be implemented in hardware and / or software and can be configured physically in one or more parts. In particular, the control unit can be part of an engine control or can be integrated into it. In a typical embodiment, the engine control of a motor vehicle functions as a control unit.

Der Antriebsstrang der Hybridmotoranordnung kann beispielsweise eine P0-, P1-, P2-, P3- oder P4-Konfiguration aufweisen. Die mit dem Antriebsstrang in einer Wirkverbindung stehende Elektromaschine kann mit anderen Worten an unterschiedlichen Positionen des Antriebsstrangs vorgesehen sein, z. B. an der P0-Position, z. B. als sog. belt integrated starter generator, BISG oder an der P1-Position, z. B. als sog. crank integrated starter generator, CISG. Handelt es sich um eine P2-Konfiguration, ist zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eine Kupplung angeordnet ist. Bei der P3-Konfiguration ist die Elektromaschine am Getriebeausgang angeordnet und bei der P4-Konfiguration wirken Verbrennungsmotor und Elektromaschine auf unterschiedliche Achsen ein.The drive train of the hybrid motor arrangement can be, for example, a P0, P1, P2, P3 or P4 configuration. In other words, the electrical machine that is operatively connected to the drive train can be provided at different positions of the drive train, for. B. at the P0 position, e.g. B. as a so-called belt integrated starter generator, BISG or at the P1 position, e.g. B. as a so-called crank integrated starter generator, CISG. If it is a P2 configuration, a clutch is arranged between the internal combustion engine and the electric machine. In the P3 configuration, the electric machine is arranged at the transmission output and in the P4 configuration, the internal combustion engine and the electric machine act on different axes.

Optional kann die Hybridmotoranordnung weitere Sensoren, z. B. einen im Zuluftstrang angeordneten Drucksensor, aufweisen, deren Sensorsignale ebenfalls von der Steuereinheit empfangen, verarbeitet und bei der Ausgabe der Steuersignale berücksichtigt werden.Optionally, the hybrid motor arrangement can include additional sensors, e.g. B. have a arranged in the supply air line pressure sensor, the sensor signals also received by the control unit, processed and taken into account in the output of the control signals.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Hybridmotoranordnung einen im Abgasstrang angeordneten SCR-Katalysator und/oder einen im Abgasstrang angeordneten LNT-Katalysator aufweisen. Bevorzugt können die Katalysatoren stromabwärts der Abgasturbine angeordnet sein.According to various design variants, the hybrid engine arrangement can have an SCR catalytic converter arranged in the exhaust line and / or an LNT catalytic converter arranged in the exhaust line. The catalysts can preferably be arranged downstream of the exhaust gas turbine.

Ein erfindungsgemäßes Hybridelektrokraftfahrzeug weist eine Hybridmotoranordnung gemäß vorstehender Beschreibung auf.A hybrid electric motor vehicle according to the invention has a hybrid motor arrangement as described above.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Hybridelektrokraftfahrzeugs entsprechen daher denen der Hybridmotoranordnung und deren entsprechender Ausführungsvarianten. Darüber hinaus wirkt sich die Erfindung bei einem Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft aus, da sie die Einhaltung strenger gesetzlicher Vorgaben hinsichtlich der zulässigen Emission von Luftschadstoffen ermöglicht.The advantages of the hybrid electric motor vehicle according to the invention therefore correspond to those of the hybrid motor arrangement and their corresponding design variants. In addition, the invention has a particularly advantageous effect in a motor vehicle, since it enables compliance with strict legal requirements with regard to the permissible emission of air pollutants.

Die Erfindung wird anhand der Abbildungen und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine beispielhafte Hybridmotoranordnung in einer schematischen Darstellung;
2 eine schematische Darstellung der Energie- und Leistungsströme in einem stationären Ausgangszustand;
3 eine schematische Darstellung der Energie- und Leistungsströme zur Erhöhung der Abgastemperatur;
4 eine schematische Darstellung der Energie- und Leistungsströme zur Verringerung der Abgastemperatur; und
5 eine schematische Darstellung der Aufteilung der Antriebsleistung.

The invention is explained in more detail with reference to the figures and the associated description. Show it:

1 an exemplary hybrid motor arrangement in a schematic representation;
2nd a schematic representation of the energy and power flows in a steady state;
3rd a schematic representation of the energy and power flows to increase the exhaust gas temperature;
4th a schematic representation of the energy and power flows to reduce the exhaust gas temperature; and
5 a schematic representation of the distribution of the drive power.

Die in 1 schematisch dargestellte beispielhafte Hybridmotoranordnung weist einen Antriebsstrang 2 mit einem Verbrennungsmotor 3 und einer ersten Elektromaschine 4 auf, wobei der Antriebsstrang 2 mittels einer zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und der ersten Elektromaschine 4 angeordneten Kupplung 20 unterbrechbar ist. Es handelt sich um einen Hybridantriebsstrang, der beispielsweise in einem Hybridelektrofahrzeug angeordnet sein kann, und dem Fahrzeugantrieb dient. Folglich kann der Antrieb mittels des Verbrennungsmotors 3 und/oder mittels der ersten Elektromaschine 4 erfolgen.In the 1 Exemplary hybrid motor arrangement shown schematically has a drive train 2nd with an internal combustion engine 3rd and a first electric machine 4th on, with the powertrain 2nd by means of a between the internal combustion engine 3rd and the first electric machine 4th arranged clutch 20 is interruptible. It is a hybrid drive train that can be arranged, for example, in a hybrid electric vehicle and that serves to drive the vehicle. Consequently, the drive by means of the internal combustion engine 3rd and / or by means of the first electric machine 4th respectively.

Bei dem Verbrennungsmotor 3 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Dieselmotor mit vier Zylindern 19. Der Verbrennungsmotor 3 kann jedoch auch mit einem anderen Kraftstoff betreibbar sein sowie über eine abweichende Anzahl an Zylindern 19 verfügen.With the internal combustion engine 3rd in the exemplary embodiment, it is a diesel engine with four cylinders 19th . The internal combustion engine 3rd However, it can also be operated with a different fuel and with a different number of cylinders 19th feature.

Der Verbrennungsmotor 3 wird über den Zuluftstrang 5 mit Zuluft 6 versorgt. Das während des Verbrennungsvorgangs im Verbrennungsmotor 3 gebildete Abgas 8 wird über den Abgasstrang 7 vom Verbrennungsmotor 3 abgeführt. Optional kann dem Verbrennungsmotor 3 eine Niederdruck- und/oder eine Hochdruckabgasrückführung (nicht dargestellt) zugeordnet sein, so dass der Zuluft 6 ein Anteil an Abgas 8 zugemischt werden kann.The internal combustion engine 3rd is via the supply air line 5 with supply air 6 provided. That during the combustion process in the internal combustion engine 3rd formed exhaust gas 8th is about the exhaust line 7 from the internal combustion engine 3rd dissipated. Optionally, the internal combustion engine 3rd a low pressure and / or a high pressure exhaust gas recirculation (not shown) can be assigned, so that the supply air 6 a share of exhaust gas 8th can be added.

Im Zuluftstrang 5 ist ein Verdichter 10 angeordnet, der zur Verdichtung der dem Verbrennungsmotor 3 zuzuführenden Zuluft 6 ausgebildet ist. Stromabwärts des Verdichters 10 ist im Zuluftstrang 5 ein Ladeluftkühler 21 angeordnet, mittels dem die Zuluft 6 gekühlt werden kann.In the supply air line 5 is a compressor 10th arranged to compress the internal combustion engine 3rd supply air to be supplied 6 is trained. Downstream of the compressor 10th is in the supply air line 5 a charge air cooler 21 arranged by means of which the supply air 6 can be cooled.

Im Abgasstrang 7 ist eine Abgasturbine 12 angeordnet, die über eine Turboladerwelle 11 mit dem Verdichter 10 verbunden ist und die zusammen mit dem Verdichter 10 und der Turboladerwelle 11 den Turbolader 9 bildet. Die Abgasturbine 12 dient dem Antrieb des Verdichters, d. h. der im Zuluftstrang 5 erzeugte Ladedruck kann mittels der Abgasturbine 12 beeinflusst werden. Die Abgasturbine 12 weist ein aerodynamisches Regelorgan auf, mit dem der Wirkungsgrad der Abgasturbine 12 beeinflusst werden kann. Beispielsweise kann die Abgasturbine 12 als Abgasturbine mit variabler Turbinengeometrie ausgebildet sein und/oder über ein Wastegate verfügen.In the exhaust system 7 is an exhaust gas turbine 12th arranged over a turbocharger shaft 11 with the compressor 10th connected and together with the compressor 10th and the turbocharger shaft 11 the turbocharger 9 forms. The exhaust gas turbine 12th serves to drive the compressor, ie in the supply air line 5 generated boost pressure can be generated by means of the exhaust gas turbine 12th to be influenced. The exhaust gas turbine 12th has an aerodynamic control element with which the efficiency of the exhaust gas turbine 12th can be influenced. For example, the exhaust gas turbine 12th be designed as an exhaust gas turbine with variable turbine geometry and / or have a wastegate.

Stromabwärts der Abgasturbine 12 ist im Abgasstrang 7 eine als Temperatursensor ausgebildete Temperaturermittlungseinrichtung 14 angeordnet, um die Temperatur T des Abgases 8 bestimmen zu können. Weiter stromabwärts ist im Abgasstrang 7 ein SCR-Katalysator 18 angeordnet, der der Abgasnachbehandlung, insbesondere der Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas 8 dient. Die katalytische Reduktion im SCR-Katalysator 18 verläuft nur in einem bestimmten Temperaturbereich optimal, nämlich in einem Temperaturbereich, in dem die Temperatur T des Abgases 8 im Bereich zwischen der Abgasmindesttemperatur Tmin und derAbgasmaximaltemperatur Tmax liegt. Optional können stromaufwärts und/oder stromabwärts des SCR-Katalysators 18 weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen im Abgasstrang 8 angeordnet sein.Downstream of the exhaust gas turbine 12th is in the exhaust system 7 a temperature determining device designed as a temperature sensor 14 arranged to the temperature T of the exhaust gas 8th to be able to determine. Further downstream is in the exhaust line 7 an SCR catalyst 18th arranged, the exhaust gas aftertreatment, in particular the removal of nitrogen oxides from the exhaust gas 8th serves. The catalytic Reduction in the SCR catalytic converter 18th runs optimally only in a certain temperature range, namely in a temperature range in which the temperature T of the exhaust gas 8th is in the range between the minimum exhaust gas temperature Tmin and the maximum exhaust gas temperature Tmax. Optionally, upstream and / or downstream of the SCR catalyst 18th further exhaust gas aftertreatment devices in the exhaust line 8th be arranged.

Mit dem Turbolader 10 steht eine zweite Elektromaschine 13 in einer Wirkverbindung. Beispielsweise kann die zweite Elektromaschine 13, wie in 1 dargestellt, direkt auf die Turboladerwelle 11 einwirkend angeordnet sein, so dass für die vom Verdichter 10 benötigte Energie zur Verdichtung der Zuluft 6 aus einer veränderlichen Kombination aus mechanischer Energie und elektrischer Energie mittels der Turboladerwelle 11 an den Verdichter 10 weitergegeben werden kann. Mit der zweiten Elektromaschine 13 kann sowohl Energie zugefügt werden (Motorbetrieb) als auch Energie abgeführt werden (Generatorbetrieb).
Die erste Elektromaschine 4 und die zweite Elektromaschine 13 stehen in einer direkten Wirkverbindung zueinander. Mit anderen Worten kann elektrische Energie zwischen den beiden Elektromaschinen 4, 13 direkt übertragen werden.With the turbocharger 10th there is a second electric machine 13 in an active connection. For example, the second electric machine 13 , as in 1 shown, directly on the turbocharger shaft 11 be arranged so that for the compressor 10th energy required to compress the supply air 6 from a variable combination of mechanical energy and electrical energy by means of the turbocharger shaft 11 to the compressor 10th can be passed on. With the second electric machine 13 Both energy can be added (engine operation) and energy can be dissipated (generator operation).
The first electric machine 4th and the second electric machine 13 are in a direct operative connection to each other. In other words, electrical energy can flow between the two electrical machines 4th , 13 be transmitted directly.

Beide Elektromaschinen 4, 13 sowie die Temperaturermittlungseinrichtung 14 sind signaltechnisch mit der Steuereinheit 15 verbunden. Die Steuereinheit 15 ist dazu eingerichtete und ausgebildet, ein Sensorsignal 16 der Temperaturermittlungseinrichtung 14 zu empfangen und zu verarbeiten und Steuersignale 17a, 17b, 17c, 17d an die beiden Elektromaschinen 4, 13, den Verbrennungsmotor 3 sowie die Abgasturbine 12 in Reaktion auf das verarbeitete Sensorsignal 16 auszugeben. Mittels der Steuersignale 17a, 17b können die beiden Elektromaschinen 4, 13 so angesteuert werden, dass eine der beiden Elektromaschinen 4, 13 als Generator und die andere der beiden Elektromaschinen 4, 13 als Elektromotor betrieben wird, wobei die vom Elektromotor benötigte elektrische Energie vom Generator erzeugt wird. Mittels des Steuersignals 17c an das aerodynamische Regelorgan der Abgasturbine 12 ausgegeben wird, um den Wirkungsgrad der Abgasturbine 12 zu variieren. Mittels des Steuersignals 17d kann die Motorlast des Verbrennungsmotors 3 beeinflusst werden, so dass z. B. die Antriebsleistung konstant gehalten werden kann.Both electrical machines 4th , 13 as well as the temperature determination device 14 are signaling with the control unit 15 connected. The control unit 15 is set up and designed to provide a sensor signal 16 the temperature detection device 14 to receive and process and control signals 17a , 17b , 17c , 17d to the two electrical machines 4th , 13 , the internal combustion engine 3rd as well as the exhaust gas turbine 12th in response to the processed sensor signal 16 to spend. By means of the control signals 17a , 17b can the two electric machines 4th , 13 can be controlled so that one of the two electrical machines 4th , 13 as a generator and the other of the two electrical machines 4th , 13 is operated as an electric motor, the electrical energy required by the electric motor being generated by the generator. By means of the control signal 17c to the aerodynamic regulator of the exhaust gas turbine 12th is output to the efficiency of the exhaust gas turbine 12th to vary. By means of the control signal 17d can the engine load of the internal combustion engine 3rd are influenced so that, for. B. the drive power can be kept constant.

Die Hybridmotoranordnung 1 kann beispielsweise zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens genutzt werden, um die Temperatur T des Abgases 8 zu beeinflussen, also zu erhöhen oder zu verringern.The hybrid motor arrangement 1 can be used, for example, to carry out the method described below, the temperature T of the exhaust gas 8th to influence, i.e. increase or decrease.

In einem solchen Verfahren wird dem Verbrennungsmotor 3 Zuluft über den Zuluftstrang 5 zugeführt, um einen Verbrennungsvorgang im Verbrennungsmotor 3 zu ermöglichen, bei dem ein Abgas 8 erzeugt wird, welches in den Abgasstrang 7 eingeleitet wird. Das Abgas 8 treibt die Abgasturbine 12 an. Die Abgasturbine 12 treibt über die Turboladerwelle 11 den Verdichter 10, der die Zuluft 6 verdichtet.In such a process, the internal combustion engine 3rd Supply air via the supply air line 5 fed to a combustion process in the internal combustion engine 3rd to allow an exhaust 8th is generated, which is in the exhaust system 7 is initiated. The exhaust gas 8th drives the exhaust gas turbine 12th on. The exhaust gas turbine 12th drives over the turbocharger shaft 11 the compressor 10th that the supply air 6 condensed.

Währenddessen wird die Temperatur T des Abgases 8 ermittelt und mit einer Abgasmindesttemperatur Tmin und einer Abgasmaximaltemperatur Tmax verglichen. Der Abgleich kann auch lediglich mit der Abgasmindesttemperatur Tmin oder der Abgasmaximaltemperatur Tmax erfolgen, falls das Verfahren lediglich zum Erhöhen bzw. zum Verringern der Temperatur T des Abgases 8 eingesetzt wird.Meanwhile, the temperature T of the exhaust gas 8th determined and compared with a minimum exhaust gas temperature Tmin and an exhaust gas maximum temperature Tmax. The adjustment can also be made only with the minimum exhaust gas temperature Tmin or the maximum exhaust gas temperature Tmax, if the method is only for increasing or decreasing the temperature T of the exhaust gas 8th is used.

Wird ein Unterschreiten der Abgasmindesttemperatur Tmin festgestellt, so werden die folgenden Maßnahmen ergriffen, um die Temperatur T des Abgases 8 zu erhöhen. Mittels der als Generator wirkenden ersten Elektromaschine 4 wird kinetische Energie vom Antriebsstrang 2 abgeführt und in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird der zweiten Elektromaschine 13 zugeführt, die als Elektromotor arbeitet und die elektrische Energie wieder in kinetische Energie umwandelt. Diese kinetische Energie wird nun dem Turbolader 9 zugeführt. Damit die dem Verdichter 10 zugefügte Leistung nicht ansteigt, wird das aerodynamische Regelorgan der Abgasturbine 12 so eingestellt (geöffnet), dass der Anteil der dem Abgas 8 entzogenen Energie abnimmt. Das heißt, das Expansionsverhältnis über die Abgasturbine 12 nimmt ab. Mit anderen Worten wird der Strömungsquerschnitt der Abgasturbine 12 vergrößert.If the temperature falls below the minimum exhaust gas temperature Tmin, the following measures are taken to reduce the temperature T of the exhaust gas 8th to increase. By means of the first electric machine acting as a generator 4th becomes kinetic energy from the powertrain 2nd dissipated and converted into electrical energy. The electrical energy becomes the second electrical machine 13 fed, which works as an electric motor and converts the electrical energy back into kinetic energy. This kinetic energy is now the turbocharger 9 fed. So that the compressor 10th added power does not increase, the aerodynamic control element of the exhaust gas turbine 12th set (opened) so that the proportion of the exhaust gas 8th deprived energy decreases. That means the expansion ratio via the exhaust gas turbine 12th decreases. In other words, the flow cross section of the exhaust gas turbine 12th enlarged.

Diese Maßnahmen führen einerseits zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der Abgasturbine 12, da für einen gleichbleibenden Ladedruck im Zuluftstrang 5 nicht mehr so viel Energie aus dem Abgas 8 extrahiert werden muss. Folglich wird dem Abgas 8 weniger Energie entzogen. Andererseits wird mittels der ersten Elektromaschine 4 eine zusätzliche Last auf den Verbrennungsmotor 3 aufgebracht, zu dessen Kompensation mehr Kraftstoff verbrannt werden muss, so dass die Temperatur T des Abgases weiter steigt.On the one hand, these measures lead to a reduction in the efficiency of the exhaust gas turbine 12th , because for a constant boost pressure in the supply air line 5 not as much energy from the exhaust 8th must be extracted. Consequently, the exhaust gas 8th withdrawn less energy. On the other hand, by means of the first electric machine 4th an additional load on the internal combustion engine 3rd applied, to compensate more fuel must be burned, so the temperature T of the exhaust gas continues to rise.

Wird ein Überschreiten der Abgasmaximaltemperatur T_max festgestellt, so werden die folgenden Maßnahmen ergriffen, um die Temperatur T des Abgases 8 zu verringern. Zunächst wird der Strömungsquerschnitt der Abgasturbine 12 verringert. Das aerodynamische Regelorgan der Abgasturbine 12 wird so eingestellt, dass dem Abgas 8 mehr Energie entzogen wird. Damit die an den Verdichter 10 abgegebene Leistung nicht zunimmt, wird mittels der als Generator wirkenden zweiten Elektromaschine 13 überschüssige kinetische Energie vom Turbolader 9 abgeführt und in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird der ersten Elektromaschine 4 zugeführt, die als Elektromotor arbeitet und die elektrische Energie wieder in kinetische Energie umwandelt. Diese kinetische Energie wird nun dem Antriebsstrang 2 zugeführt.If the maximum exhaust gas temperature is exceeded T _max The following measures are taken to determine the temperature T of the exhaust gas 8th to reduce. First, the flow cross section of the exhaust gas turbine 12th decreased. The aerodynamic control element of the exhaust gas turbine 12th is set so that the exhaust gas 8th more energy is withdrawn. So that to the compressor 10th output does not increase, is by means of the second electric machine acting as a generator 13 excess kinetic energy from the turbocharger 9 dissipated and converted into electrical energy. The electrical energy becomes the first electric machine 4th fed, which works as an electric motor and converts the electrical energy back into kinetic energy. This kinetic energy is now the powertrain 2nd fed.

Diese Maßnahmen führen einerseits zu einem erhöhten Expansionsverhältnis an der Abgasturbine 12 und damit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads der Abgasturbine 12, da für einen gleichbleibenden Ladedruck im Zuluftstrang 5 mehr Energie aus dem Abgas 8 extrahiert werden muss, um die mittels der zweiten Elektromaschine 13 aufgebrachte zusätzliche Last auf die Turboladerwelle 11 zu kompensieren. Folglich wird dem Abgas 8 mehr Energie entzogen, was zu einer Reduktion der Temperatur T des Abgases 8 führt. On the one hand, these measures lead to an increased expansion ratio at the exhaust gas turbine 12th and thus an increase in the efficiency of the exhaust gas turbine 12th , because for a constant boost pressure in the supply air line 5 more energy from the exhaust gas 8th must be extracted by means of the second electric machine 13 additional load applied to the turbocharger shaft 11 to compensate. Consequently, the exhaust gas 8th deprived of more energy, resulting in a reduction in temperature T of the exhaust gas 8th leads.

Andererseits wird mittels der ersten Elektromaschine 4 der Antriebsstrang 2 zusätzlich angetrieben, so dass die Last des Verbrennungsmotors 3 verringert ist. Folglich muss weniger Kraftstoff verbrannt werden und die Temperatur T des Abgases sinkt.On the other hand, by means of the first electric machine 4th the powertrain 2nd additionally driven so that the load of the internal combustion engine 3rd is reduced. As a result, less fuel and temperature need to be burned T of the exhaust gas drops.

Nach dem Passieren der Abgasturbine 12 wird das Abgas 8 dem SCR-Katalysator 18 zugeführt.After passing the exhaust gas turbine 12th becomes the exhaust gas 8th the SCR catalytic converter 18th fed.

Optional kann die Temperatur T des Abgases 8 außerdem beeinflusst werden, in dem der Abgasmassenstrom bei konstanter Kraftstoffzufuhr verringert oder vergrößert wird. Außerdem kann der indizierte Mitteldruck des Verbrennungsmotors 3 bei gleichbleibendem effektiven Mitteldruck erhöht bzw. verringert werden.Optionally, the temperature T of the exhaust gas 8th can also be influenced by reducing or increasing the exhaust gas mass flow with constant fuel supply. In addition, the indicated mean pressure of the internal combustion engine 3rd be increased or decreased while maintaining the effective mean pressure.

Die 2 bis 4 zeigen Energie- und Leistungsströme schematisch, wobei schmalere Pfeile geringere Ströme darstellen als breitere Pfeile.The 2nd to 4th show energy and power flows schematically, with narrower arrows representing lower currents than wider arrows.

2 zeigt einen stationären Ausgangszustand. Der Abgasturbine 12 wird ein Abgas 8 mit einer bestimmten Energie zugeführt. Während des Passierens der Abgasturbine 12 wird dem Abgas 8 ein Teil der Energie entzogen, so dass die verbleibende Abgasenergie geringer als die ursprüngliche Energie des Abgases 8 stromaufwärts der Abgasturbine 12 ist. Mit anderen Worten entzieht die Abgasturbine 12 dem Abgas 8 einen Teil seiner Energie. Folglich weist das Abgas 8 stromabwärts der Abgasturbine 12 eine geringere Temperatur T als stromaufwärts auf. 2nd shows a stationary initial state. The exhaust gas turbine 12th becomes an exhaust gas 8th supplied with a certain energy. While passing the exhaust gas turbine 12th becomes the exhaust 8th some of the energy is extracted so that the remaining exhaust gas energy is less than the original energy of the exhaust gas 8th upstream of the exhaust gas turbine 12th is. In other words, the exhaust turbine draws out 12th the exhaust gas 8th part of his energy. Consequently, the exhaust gas has 8th downstream of the exhaust gas turbine 12th a lower temperature T than upstream on.

Die Abgasturbine 12 wandelt die dem Abgas 8 entzogene Energie in kinetische Energie um, die über die Turboladerwelle an den Verdichter 10 abgegeben wird.The exhaust gas turbine 12th converts the exhaust gas 8th extracted energy into kinetic energy, which is sent to the compressor via the turbocharger shaft 10th is delivered.

3 zeigt die Energie- und Leistungsströme zur Erhöhung der Temperatur T des Abgases 8 schematisch. Die Energie des Abgases 8 ist (zunächst) unverändert. Die Abgasturbine 12 wird im Gegensatz zum stationären Zustand gemäß 2 jedoch so geregelt, dass sich ihr Strömungsquerschnitt vergrößert und folglich sich der Wirkungsgrad der Abgasturbine 12 verringert. Beispielsweise kann ein Wastegate der Abgasturbine 12 (weiter) geöffnet werden, so dass ein Teil des Abgases 8 die Abgasturbine 12 umströmt, so dass folglich die in diesem Teil des Abgases 8 enthaltene Energie auch nicht von der Abgasturbine 12 genutzt werden kann. 3rd shows the energy and power flows to increase the temperature T of the exhaust gas 8th schematically. The energy of the exhaust gas 8th is (initially) unchanged. The exhaust gas turbine 12th in contrast to the steady state 2nd however regulated in such a way that their flow cross-section increases and consequently the efficiency of the exhaust gas turbine 12th decreased. For example, a wastegate of the exhaust gas turbine 12th (further) opened so that part of the exhaust gas 8th the exhaust gas turbine 12th flows around, so that consequently in this part of the exhaust gas 8th contained energy also not from the exhaust gas turbine 12th can be used.

Mit anderen Worten wird dem Abgas 8 im Vergleich zum stationären Zustand gemäß 2 weniger Energie entzogen, so dass die stromabwärts der Abgasturbine 12 im Abgas 8 verbleibende Energie erhöht ist. Folglich wird das Abgas 8 während des Passierens der Abgasturbine 12 weniger stark abgekühlt.In other words, the exhaust gas 8th compared to the steady state according to 2nd less energy is withdrawn, so the downstream of the exhaust gas turbine 12th in the exhaust gas 8th remaining energy is increased. Consequently, the exhaust gas 8th while passing the exhaust gas turbine 12th cooled down less.

Durch die Verringerung des Wirkungsgrads der Abgasturbine 12 sinkt gleichzeitig die von der Abgasturbine 12 abgegebene Wellenleistung. Um dies zu kompensieren und die insgesamt an den Verdichter 10 abgeführte Leistung konstant zu halten, wird der Turboladerwelle zusätzliche Energie mittels eines Elektromotors zugeführt. Der Elektromotor erhält seine Energie wiederum vom Antriebsstrang 2.By reducing the efficiency of the exhaust gas turbine 12th decreases at the same time that of the exhaust gas turbine 12th emitted shaft power. To compensate for this and the total to the compressor 10th To keep the power dissipated constant, additional energy is supplied to the turbocharger shaft by means of an electric motor. The electric motor receives its energy from the drive train 2nd .

Um die Antriebsleistung konstant zu halten, muss folglich der Energieumsatz des Verbrennungsmotors 3 erhöht werden, so dass sich eine weitere Erhöhung der Temperatur T des Abgases 8 ergibt und folglich ein Abgas 8 mit erhöhter Energie auf die Abgasturbine 12 trifft (nicht dargestellt).In order to keep the drive power constant, the energy conversion of the internal combustion engine must consequently 3rd be increased so that there is a further increase in temperature T of the exhaust gas 8th results and consequently an exhaust gas 8th with increased energy to the exhaust gas turbine 12th hits (not shown).

4 zeigt die Energie- und Leistungsströme zur Verringerung der Temperatur T des Abgases 8 schematisch. Die Energie des Abgases 8 ist (zunächst) unverändert. Die Abgasturbine 12 wird im Gegensatz zum stationären Zustand gemäß 2 jedoch so geregelt, dass sich ihr Strömungsquerschnitt verringert und folglich sich der Wirkungsgrad der Abgasturbine 12 erhöht. Beispielsweise kann ein Wastegate der Abgasturbine 12 (weiter) geschlossen werden, so dass kein oder lediglich ein geringer Teil des Abgases 8 die Abgasturbine 12 umströmt. 4th shows the energy and power flows to reduce the temperature T of the exhaust gas 8th schematically. The energy of the exhaust gas 8th is (initially) unchanged. The exhaust gas turbine 12th in contrast to the steady state 2nd however regulated in such a way that their flow cross-section decreases and consequently the efficiency of the exhaust gas turbine 12th elevated. For example, a wastegate of the exhaust gas turbine 12th (Further) closed, so that no or only a small part of the exhaust gas 8th the exhaust gas turbine 12th flows around.

Mit anderen Worten wird dem Abgas 8 im Vergleich zum stationären Zustand gemäß 2 mehr Energie entzogen, so dass die stromabwärts der Abgasturbine 12 im Abgas 8 verbleibende Energie verringert ist. Folglich wird das Abgas 8 während des Passierens der Abgasturbine 12 stärker abgekühlt.In other words, the exhaust gas 8th compared to the steady state according to 2nd deprived of more energy so that the downstream of the exhaust gas turbine 12th in the exhaust gas 8th remaining energy is reduced. Consequently, the exhaust gas 8th while passing the exhaust gas turbine 12th cooled down more.

Durch die Erhöhung des Wirkungsgrads der Abgasturbine 12 steigt gleichzeitig die von der Abgasturbine 12 abgegebene Wellenleistung. Um dies zu kompensieren und die insgesamt an den Verdichter 10 abgeführte Leistung konstant zu halten, wird der Turboladerwelle Energie mittels eines Generators entzogen. Die entzogene kinetische und in elektrische Energie umgewandelte Energie wird dem Antriebsstrang 2 zugeführt.By increasing the efficiency of the exhaust gas turbine 12th increases from the exhaust gas turbine at the same time 12th emitted shaft power. To compensate for this and the total of the compressor 10th To keep the dissipated power constant, energy is extracted from the turbocharger shaft by means of a generator. The extracted kinetic and converted electrical energy becomes the powertrain 2nd fed.

Um die Antriebsleistung konstant zu halten, muss folglich der Energieumsatz des Verbrennungsmotors 3 verringert werden, so dass sich eine weitere Verringerung der Temperatur T des Abgases 8 ergibt und folglich ein Abgas 8 mit verringerter Energie auf die Abgasturbine 12 trifft (nicht dargestellt).In order to keep the drive power constant, the energy conversion of the internal combustion engine must consequently 3rd be reduced so that there is a further decrease in temperature T of the exhaust gas 8th results and consequently an exhaust gas 8th with reduced energy to the exhaust gas turbine 12th hits (not shown).

Anzumerken ist, dass die Änderung des Strömungsquerschnitts der Abgasturbine 8 auch eine Änderung des Abgasgegendrucks stromaufwärts der Abgasturbine 12 bewirkt. Wird der Strömungsquerschnitt verringert, erhöht sich der Abgasgegendruck und die Energie des in die Abgasturbine 12 eintretenden Abgases steigt an. Umgekehrt verringert sich bei einer Erhöhung des Strömungsquerschnitts der Abgasgegendruck und die Energie des in die Abgasturbine 12 eintretenden Abgases 8 nimmt ab. Die Änderung der Druckverhältnisse bewirkt auch eine Änderung der Temperatur T des Abgases 8 stromaufwärts der Abgasturbine 12. Die dadurch bedingte Temperaturänderung, die der eigentlich gewünschten Temperaturänderung entgegenwirkt, wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überkompensiert, so dass sich dennoch die gewünschte Temperatur T des Abgases 8 stromabwärts der Abgasturbine 12 einstellt.It should be noted that the change in the flow cross section of the exhaust gas turbine 8th also a change in exhaust back pressure upstream of the exhaust turbine 12th causes. If the flow cross section is reduced, the exhaust gas back pressure and the energy into the exhaust gas turbine increase 12th entering exhaust gas rises. Conversely, when the flow cross section is increased, the exhaust gas back pressure and the energy into the exhaust gas turbine decrease 12th entering exhaust gas 8th decreases. The change in pressure conditions also causes a change in temperature T of the exhaust gas 8th upstream of the exhaust gas turbine 12th . The resulting change in temperature, which counteracts the actually desired change in temperature, is overcompensated for by the method according to the invention, so that the desired temperature is nevertheless obtained T of the exhaust gas 8th downstream of the exhaust gas turbine 12th sets.

5 zeigt die Aufteilung der Antriebsleistung schematisch. Die gesamte Antriebsleistung P_rad, die z. B. an den Rädern eines Kraftfahrzeugs wirksam wird, ergibt sich aus der Summe der vom Verbrennungsmotor 3 erzeugten Leistung P_ICE und der von der Elektromaschine 4 des Antriebsstrangs 2 erzeugten Leistung P_EM. Die Leistung P_EM kann auch negativ sein, nämlich dann, wenn die Elektromaschine 4 als Generator arbeitet und dem Antriebsstrang 2 Energie entzieht. 5 shows the distribution of the drive power schematically. The total drive power P _rad , the z. B. effective on the wheels of a motor vehicle results from the sum of the internal combustion engine 3rd generated power P _ICE and that of the electric machine 4th of the drive train 2nd generated power P _EM . The power P _EM can also be negative, namely when the electric machine 4th works as a generator and the drive train 2nd Drains energy.

In einem stationären Ausgangszustand kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass die gesamte Antriebsleistung P_rad vom Verbrennungsmotor 3 allein aufgebracht wird, d. h. P_EM = 0.In a stationary initial state, it can be assumed, for example, that the total drive power P _rad from the internal combustion engine 3rd is applied alone, ie P _EM = 0.

Soll die Temperatur T des Abgases 8 verringert werden, wird dem Antriebsstrang 2 Energie zugeführt, d. h. P_EM > 0. Um die Antriebsleistung P_rad konstant zu halten, muss folglich die Leistung des Verbrennungsmotors 3 P_ICE verringert werden.Should the temperature T of the exhaust gas 8th will be reduced, the powertrain 2nd Energy supplied, ie P _EM > 0. In order to keep the drive power P _rad constant, the power of the internal combustion engine must consequently 3rd P _{ICE can be} reduced.

Soll die Temperatur T des Abgases 8 erhöht werden, wird vom Antriebsstrang 2 Energie abgeführt, d. h. P_EM < 0. Um die Antriebsleistung P_rad konstant zu halten, muss folglich die Leistung des Verbrennungsmotors 3 P_ICE erhöht werden.Should the temperature T of the exhaust gas 8th will be increased by the powertrain 2nd Energy dissipated, ie P _EM <0. In order to keep the drive power P _rad constant, the power of the internal combustion engine must consequently 3rd P _{ICE can be} increased.

BezugszeichenlisteReference list

11: HybridmotoranordnungHybrid engine arrangement
22nd: AntriebsstrangPowertrain
33rd: VerbrennungsmotorInternal combustion engine
44th: erste Elektromaschinefirst electric machine
55: ZuluftstrangSupply air line
66: ZuluftSupply air
77: AbgasstrangExhaust line
88th: AbgasExhaust gas
99: Turboladerturbocharger
1010th: Verdichtercompressor
1111: TurboladerwelleTurbocharger shaft
1212th: AbgasturbineExhaust gas turbine
1313: zweite Elektromaschinesecond electric machine
1414: TemperaturermittlungseinrichtungTemperature determination device
1515: SteuereinheitControl unit
1616: SensorsignalSensor signal
17a, 17b, 17c, 17d17a, 17b, 17c, 17d: SteuersignaleControl signals
1818th: SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
1919th: Zylindercylinder
2020: Kupplungcoupling
2121: Ladeluftkühler Intercooler
TT: Temperatur des AbgasesExhaust gas temperature
T_min T _min: AbgasmindesttemperaturMinimum exhaust gas temperature
T_max T _max: AbgasmaximaltemperaturMaximum exhaust gas temperature

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 7237381 B2 [0006, 0007]US 7237381 B2 [0006,0007]

Claims

Verfahren zur Beeinflussung der Temperatur T eines von einem einen Antriebsstrang (2) antreibenden Verbrennungsmotor (3) erzeugten Abgases (8), aufweisend: - Zuführen von Zuluft (6) zu dem Verbrennungsmotor (3) über einen Zuluftstrang (5), - Erzeugen eines Abgases (8) mittels des Verbrennungsmotors (3), - Einleiten des Abgases (8) in einen Abgasstrang (7), - Antreiben einer im Abgasstrang (7) angeordneten regelbaren Abgasturbine (12) eines Turboladers (9) mittels des Abgases (8), - Antreiben eines in dem Zuluftstrang (5) angeordneten Verdichters (10) des Turboladers (9) mittels der Abgasturbine (12), - Verdichten der Zuluft (6) im Zuluftstrang (5) mittels des Verdichters (10), - Ermitteln der Temperatur T des Abgases (8), - Vergleichen der Temperatur T des Abgases (8) mit einer Abgasmindesttemperatur Tmin und/oder einer Abgasmaximaltemperatur Tmax, - bei Unterschreiten der Abgasmindesttemperatur T_min: i. Vergrößern eines Strömungsquerschnitts der Abgasturbine (12), ii. Abführen von kinetischer Energie vom Antriebsstrang (2), iii. Umwandeln der kinetischen Energie in elektrische Energie, iv. Umwandeln der elektrischen Energie in kinetische Energie und v. Zuführen der kinetischen Energie zum Turbolader (9) und/oder - bei Überschreiten der Abgasmaximaltemperatur T_max: i. Verringern des Strömungsquerschnitts der Abgasturbine (12), ii. Abführen von kinetischer Energie vom Turbolader (9), iii. Umwandeln der kinetischen Energie in elektrische Energie, iv. Umwandeln der elektrischen Energie in kinetische Energie und v. Zuführen der elektrischen Energie zum Antriebsstrang (2).A method for influencing the temperature T of an exhaust gas (8) generated by an internal combustion engine (3) driving a drive train (2), comprising: - supplying supply air (6) to the internal combustion engine (3) via a supply air train (5), - generating one Exhaust gas (8) by means of the internal combustion engine (3), - introducing the exhaust gas (8) into an exhaust line (7), - driving an adjustable exhaust gas turbine (12) of a turbocharger (9) arranged in the exhaust line (7) by means of the exhaust gas (8) , - driving a compressor (10) of the turbocharger (9) arranged in the supply air line (5) by means of the exhaust gas turbine (12), - compressing the supply air (6) in the supply air line (5) by means of the compressor (10), - determining the temperature T of the exhaust gas (8), - comparing the temperature T of the exhaust gas (8) with a minimum exhaust gas temperature Tmin and / or an exhaust gas maximum temperature Tmax, - if the minimum exhaust gas temperature T _{min is not reached} : i. Enlarging a flow cross section of the exhaust gas turbine (12), ii. Dissipation of kinetic energy from the drive train (2), iii. Converting kinetic energy into electrical energy, iv. Converting electrical energy into kinetic energy and v. Feeding the kinetic energy to the turbocharger (9) and / or - if the maximum exhaust gas temperature T _{max is} exceeded: i. Reducing the flow cross section of the exhaust gas turbine (12), ii. Dissipation of kinetic energy from the turbocharger (9), iii. Converting kinetic energy into electrical energy, iv. Converting electrical energy into kinetic energy and v. Supply of electrical energy to the drive train (2).

Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Antriebsleistung des Antriebsstrangs (2) konstant gehalten wird.Procedure according to Claim 1 , wherein a drive power of the drive train (2) is kept constant.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Druck der Zuluft (6) im Zuluftstrang (5) stromabwärts des Verdichters (10) konstant gehalten wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a pressure of the supply air (6) in the supply air line (5) downstream of the compressor (10) is kept constant.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend: - bei Unterschreiten der Abgasmindesttemperatur Tmin Verringern des Verdichtens der Zuluft (6) im Zuluftstrang (5) und/oder - bei Überschreiten der Abgasmaximaltemperatur Tmax Erhöhen des Verdichtens der Zuluft (6) im Zuluftstrang (5).Procedure according to Claim 1 or 2nd , comprising: - if the minimum exhaust gas temperature Tmin is undershot, the compression of the supply air (6) in the supply air line (5) is reduced and / or - if the maximum exhaust gas temperature Tmax is exceeded, the supply air (6) in the supply air line (5) is increased.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: - Zuführen des Abgases (8) zu einem SCR-Katalysator (18) und/oder einem LNT-Katalysator.Method according to one of the preceding claims, comprising: - Feeding the exhaust gas (8) to an SCR catalyst (18) and / or an LNT catalyst.

Hybridmotoranordnung (1), aufweisend: - einen Antriebsstrang (2) mit einem Verbrennungsmotor (3) und einer ersten Elektromaschine (4), - einen Zuluftstrang (5) zum Zuführen von Zuluft (6) zum Verbrennungsmotor (3), - einen Abgasstrang (7) zum Abführen von Abgas (8) vom Verbrennungsmotor (3), - einen Turbolader (9) mit einem im Zuluftstrang (5) angeordneten Verdichter (10) und einer im Abgasstrang (7) angeordneten und über eine Turboladerwelle (11) mit dem Verdichter (10) verbundenen regelbaren Abgasturbine (12), - eine mit dem Turbolader (10) und der ersten Elektromaschine (4) in einer Wirkverbindung stehende zweite Elektromaschine (13), - eine Temperaturermittlungseinrichtung (14) zur Ermittlung einer Temperatur T des Abgases (8) und - eine Steuereinheit (15), die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Sensorsignal (16) der Temperaturermittlungseinrichtung (14) zu empfangen und zu verarbeiten und Steuersignale (17a, 17b, 17c) an die erste Elektromaschine (4), die zweite Elektromaschine (13) und die Abgasturbine (12) auszugeben.Hybrid motor arrangement (1), comprising: - A drive train (2) with an internal combustion engine (3) and a first electric machine (4), - a supply air line (5) for supplying supply air (6) to the internal combustion engine (3), - An exhaust line (7) for removing exhaust gas (8) from the internal combustion engine (3), - A turbocharger (9) with a compressor (10) arranged in the supply air line (5) and a controllable exhaust gas turbine (12) arranged in the exhaust line (7) and connected to the compressor (10) via a turbocharger shaft (11), a second electric machine (13) that is operatively connected to the turbocharger (10) and the first electric machine (4), - A temperature determining device (14) for determining a temperature T of the exhaust gas (8) and - A control unit (15), which is set up and designed to receive and process a sensor signal (16) from the temperature determination device (14) and control signals (17a, 17b, 17c) to the first electric machine (4), the second electric machine ( 13) and to output the exhaust gas turbine (12).

Hybridmotoranordnung (1) nach Anspruch 6, wobei sie Steuereinheit (15) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, ein Steuersignal (17d) an den Verbrennungsmotor (3) auszugeben.Hybrid motor arrangement (1) after Claim 6 The control unit (15) is set up and designed to output a control signal (17d) to the internal combustion engine (3).

Hybridmotoranordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, aufweisend: - einen im Abgasstrang (7) angeordneten SCR-Katalysator (18) und/oder einen im Abgasstrang (7) angeordneten LNT-Katalysator.Hybrid motor arrangement (1) after Claim 6 or 7 , comprising: - an SCR catalytic converter (18) arranged in the exhaust line (7) and / or an LNT catalytic converter arranged in the exhaust line (7).

Hybridelektrokraftfahrzeug mit einer Hybridmotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8.Hybrid electric motor vehicle with a hybrid motor arrangement (1) according to one of the Claims 6 to 8th .