eines Hybridantriebsstranqs

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors eines Antriebsstrangs umfassend einen Riemen-Starter-Generator oder eine E-Maschine eines Hybridantriebsstrangs zum Hochfahren des Verbrennungsmotors, einen Zylinder und einen im Zylinder laufenden Kolben, die gemeinsam einen Arbeitsraum begrenzen, wobei der Arbeitsraum über Einlassventile mit einem Ansaugtrakt mit Frischluft versorgt wird und über Auslassventile mit einem Abgaskrümmer in

Verbindung steht und ein System zum variablen Betätigen der Einlassventile, wobei das System zur variablen Betätigung der Einlassventile des Verbrennungsmotors derart angesteuert wird, dass die Öffnungszeit und/oder die Schließzeit und/oder der Hub der Einlassventile verändert werden.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der EP 2 578 462 A1 offenbart.

Beschrieben ist ein Verfahren zum Reduzieren von Pumpverlusten eines

Verbrennungsmotors, der in einem Hybrid-Antriebsstrang mit Riemen-Starter- Generator zum Einsatz kommt. Pumpverluste werden reduziert, während der Verbrennungsmotor sich im heruntergefahrenen Zustand - also geschleppten Zustand - befindet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, das den Betrieb des Verbrennungsmotors während einer Stopp-Start-Phase optimiert.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß findet bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit negativem Antriebsmoment und/oder beim Herunterfahren und/oder beim Hochfahren des Verbrennungsmotors folgende Strategie Anwendung: Die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume werden derart angesteuert, dass der Transfer von Frischluft vom Ansaugtrakt zum Abgaskrümmer kontrolliert wird und dass das Schleppmoment des

Verbrennungsmotors reduziert wird. Ein Hybridantriebsstrang wird verstanden als Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs. Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug mit mindestens zwei verschiedenen

Energiewandlern und zwei verschiedenen Energiespeichersystemen (im Fahrzeug) zum Zwecke des Fahrzeugantriebs, insbesondere in PO-Anordnung (Riemen-Starter- Generator), P1 -Anordnung (E-Maschine zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe) und P2 (E-Maschine zwischen Kupplung und Getriebe).

Ein Betrieb des Verbrennungsmotors mit negativem Antriebsmoment wird

verstanden als Betrieb in einer passiven Phase des Motors bzw. als Betrieb mit anliegendem Schubmoment. Das Schleppmoment des Verbrennungsmotors wird verstanden als Widerstand, der durch die reibungsbehafteten bewegten Teile des Verbrennungsmotors hervorgerufen wird.

Auf vorteilhafte Weise kann eine Überversorgung des Katalysators mit Frischluft vermieden werden. Eine übermäßige Frischluftzufuhr führt dazu, dass - zum

Einstellen des erforderlichen Luftverhältnisses durch einen Gemischregler - Kraftstoff eingespritzt wird, um das optimale Luftverhältnis zu erreichen. Die

Vermeidung oder Verminderung des Frischlufttransfers kann dazu führen, dass de Kraftstoffverbrauch während des Stopp-Start-Vorgangs reduziert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Schleppmomente reduziert werden. Dadurch kann insbesondere der Komfort des Stopp-Start-Vorgangs verbessert werden. Darüber hinaus kann gezielt Frischluft in den Abgastrakt geleitet werden. []

Eine vorteilhafte Weiterbildung betrifft ein Verfahren, wobei der Transfer von

Frischluft vom Ansaugtrakt zum Abgaskrümmer kontrolliert wird und wobei das durch den Widerstand der Kolbenbewegung hervorgerufene Schleppmoment reduziert wird, indem die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume zu einem Zeitpunkt geöffnet werden, wo sich der dem Arbeitsraum zugeordnete Kolben im Takt Auslass befindet und indem die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräum zu einem Zeitpunkt geschlossen werden, wo sich der Kolben im Takt Einlass befindet, wobei der Takt Einlass nicht abgeschlossen ist oder indem die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume zu einem Zeitpunkt geschlossen werden, wo sich der Kolben im Takt Kompression befindet, wobei der Takt Kompression nicht abgeschlossen ist.

Die beiden charakteristischen Hubkurven des Einlassventils zeigen alternative Wege zum Erreichen der Ziele, die mit der Strategie verfolgt werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung betrifft ein Verfahren, wobei die Reduzierung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors durch das Schleppmoment kompensiert wird, das durch den Einsatz der E-Maschine als Generator hervorgerufen wird. Auf vorteilhafte Weise kann somit Bremsenergie rekuperiert werden ohne den

Fahrtkomfort zu beeinträchtigen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung betrifft ein Verfahren, wobei der Verbrennungsmotor beim Hochfahren durch die E-Maschine angetrieben wird und wobei die

Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume derart angesteuert werden, dass der Transfer von Frischluft vom Ansaugtrakt zum Abgaskrümmer reduziert oder vermieden wird und dass das Schleppmoment des Verbrennungsmotors reduziert wird. Vorteile zeigen sich insbesondere beim Zuschalten des Verbrennungsmotors - der Verbrennungsmotor muss auf eine Zieldrehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl beschleunigt werden. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht ein schnelleres Erreichen der Zieldrehzahl und eine Optimierung des Energiebedarfs. Eine vorteilhafte Weiterbildung betrifft ein Verfahren, wobei der Verbrennungsmotor initial hochgefahren wird und wobei das durch den Widerstand hervorgerufene Schleppmoment reduziert wird, indem die Einlassventile einzelner oder aller

Arbeitsräume zu einem Zeitpunkt geöffnet werden, wo sich der dem Arbeitsraum zugeordnete Kolben im Takt Auslass befindet und indem die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräum zu einem Zeitpunkt geschlossen werden, wo sich der Kolben im Takt Einlass befindet, wobei der Takt Einlass nicht abgeschlossen ist. Unter einem initialen Hochfahren wird verstanden, dass sich übermäßig Frischluft im Katalysator befindet - beispielsweise nach längerem Stillstand oder längerer Fahrt ausschließlich im elektrisch betriebenen Zustand.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines elektrohydraulischen Ventiltriebs zur variablen Betätigung der Einlassventile eines Verbrennungsmotors;

Fig. 2 zeigt einen ersten charakteristischen Öffnungsverlauf eines Einlassventils; Fig. 3 zeigt einen zweiten charakteristischen Öffnungsverlauf eines Einlassventils; Fig. 4a zeigt ein erstes Verfahren zum Herunterfahren und Hochfahren eines Verbrennungsmotors;

Fig. 4b ein zweites Verfahren zum Herunterfahren und Hochfahren eines

Verbrennungsmotors in Situationen, in denen sich der Verbrennungsmotor längere Zeit im heruntergefahrenen Zustand befunden hat.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus 1 eines elektrohydraulischen Ventiltriebs zur variablen Betätigung der Einlassventile eines Verbrennungsmotors. Einlassventile 2 können derart angesteuert werden, dass die Öffnungszeit, die Schließzeit und der Hub veränderbar ist. Eine Nockenwelle 3 treibt einen

Geberkolben 4 an, der über eine Hydraulikmittelleitung 5 eines Hochdruckraumes 6 mit einem Nehmerkolben 7 in Verbindung steht. Über den Geberkolben 4, die hydraulische Abstützung im Hochdruckraum 6 und den Nehmerkolben 7 kann die durch einen Nocken 8 der Nockenwelle 3 hervorgerufene Bewegung auf ein

Einlassventil 2 übertragen werden.

Ein elektromagnetisches, als 2-2-Wege-Ventil gestaltetes Schaltventil 9 stellt eine steuerbare hydraulische Verbindung zwischen dem Hochdruckraum 6 und einem Mitteldruckraum 10 her. Bei geöffnetem Schaltventil 9 kann Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum 6 in den Mitteldruckraum 10 strömen. Der Mitteldruckraum 10 ist über eine durch ein Rückschlagventil 16 gesicherte Hydraulikmittelleitung an den allgemeinen Hydraulikmittelkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen. Der Mitteldruckraum 10 steht mit einem Kolbendruckspeicher 13 in Verbindung.

Die Variabilität der Öffnungszeit, der Schließzeit und des Hubs des

Gaswechselventils 2 wird demnach durch eine mechanische Entkopplung zwischen dem Nocken 8 der Nockenwelle 3 und dem Gaswechselventil 2 erreicht. An die Stelle der mechanischen Kopplung tritt der mit Hydraulikmittel gefüllte

Hochdruckraum 6 zwischen Geberkolben 4 und Nehmerkolben 7 - der

Hochdruckraum 6 wirkt somit als sogenanntes hydraulisches Gestänge. Die durch die Nockenkontur hervorgerufene und mittels Geberkolben 4 umgesetzte

Verdrängung von Hydraulikmittel wirkt - bei geschlossenem Schaltventil 9 und vernachlässigter Leckage - proportional auf die durch Bewegung des Nehmerkolbens 7 hervorgerufene Bewegung des Gaswechselventils 2. Die

Bewegung des Gaswechselventils 2 kann gesteuert werden, indem durch gezieltes Öffnen des Schaltventils 9 ein Teilvolumen des Hydraulikmittels vom Hochdruckraum 6 in den Mitteldruckraum 10 überführt wird. Die Bewegung des Gaswechselventils 2 verläuft in der Folge nicht mehr proportional zum Konturverlauf des Nockens 8, sondern kann eine beliebige Form annehmen.

Ein erster charakteristischer Öffnungsverlauf eines Einlassventils ist in Fig. 2 dargestellt. Auf der Abszissenachse ist der Umdrehungswinkel der Kurbelwelle darstellt, wobei zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle erfasst sind. Der Kolben bewegt sich in der Folge zwischen unterem Totpunkt und oberen Totpunkt, wobei der Verbrennungsmotor die Takte Kompression (Zünden), Expansion,

Auslass, Ladung durchläuft. Auf der Ordinatenachse sind der Ventilhub abgetragen und der Gasmassenstrom.

Die Linie 14 veranschaulicht den Hubverlauf des Einlassventils 2. Das Einlassventil 2 öffnet bereits während des Taktes Auslass, ca. 50° Kurbelwellenwinkel nach dem unteren Totpunkt TDC. Der Ventilhub beträgt bis ca. 30° Kurbelwellenwinkel vor dem Erreichen des oberen Totpunktes ca. 1 , 5mm und ist somit relativ gering im Vergleich mit dem Maximalhub. Anschließend wird der Ventilhub auf beispielswiese 4mm erhöht. Das Einlassventil schließt während des Taktes Einlass bei ungefähr 460° Kurbelwellenwinkel, bevor der untere Totpunkt BDC erreicht ist.

Die Linie 15 veranschaulicht den Hubverlauf des Auslassventils. Da Auslassventil öffnet bereits während des Taktes Expansion bei 140° Kurbelwellenwinkel, also kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes BDC. Das Auslassventil schließt mit Abschluss des Taktes Auslass im Bereich des oberen Totpunktes TDC. Gemeinsam mit der Hubcharakteristik des Einlassventils wird ein Volumenstrom zwischen dem

Abgaskrümmer, dem Arbeitsraum des Zylinders und dem Ansaugtrakt hervorgerufen. Der Volumenstrom zwischen dem Abgaskrümmer und dem Arbeitsraum des

Zylinders wird durch die Linie 16 veranschaulicht, der Volumenstrom zwischen dem Arbeitsraum des Zylinders und dem Ansaugtrakt durch die Linie 17. Die Linie 18 veranschaulicht den Volumenstrom zwischen dem Ansaugtrakt und dem

Arbeitsraum. Aus diesem Verlauf geht hervor, dass Abgas aus dem Abgaskrümmer in den Ansaugtrakt überführt wird, wodurch eine Abgas-Rezirkulation verwirklicht und ein Transfer von Frischluft vom Ansaugtrakt zum Abgaskrümmer vermieden oder zumindest vermindert wird. Darüber hinaus werden Pumpverluste vermindert, wodurch die durch den Verbrennungsmotor hervorgerufenen Schleppmomente reduziert werden. Ein zweiter charakteristischer Öffnungsverlauf eines Einlassventils 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Hubverlauf des Ein- und Auslassventils entspricht weitestgehend dem in Fig. 2 gezeigten Verläufen. Das Einlassventil schließt allerdings erst bei -60° Kurbelwellenwinkel kurz vor dem oberen Totpunkt TDC während des Taktes

Kompression. Auch der Maximalhub des Einlassventils unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Hub und liegt bei ca. 9mm. Der erste charakteristische

Öffnungsverlauf ist vorteilhaft gegenüber dem zweiten charakteristischen

Öffnungsverlauf mit Blick auf die Verminderung des Transfers von Frischluft vom Ansaugtrakt zum Abgaskrümmer, der zweite charakteristische Verlauf ist vorteilhaft gegenüber dem ersten charakteristischen Verlauf mit Blick auf die Reduzierung von Schleppmomenten.

Der Transfer von Frischluft vom Ansaugtrakt zum Abgaskrümmer wird demnach reduziert oder vermieden und das durch den Widerstand der Kolbenbewegung hervorgerufene Schleppmoment wird reduziert, indem die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume zu einem Zeitpunkt geöffnet werden, wo sich der dem Arbeitsraum zugeordnete Kolben im Takt Auslass befindet und indem die

Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräum zu einem Zeitpunkt geschlossen werden, wo sich der Kolben im Takt Einlass befindet, wobei der Takt Einlass nicht abgeschlossen ist oder indem die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume zu einem Zeitpunkt geschlossen werden, wo sich der Kolben im Takt Kompression befindet, wobei der Takt Kompression nicht abgeschlossen ist.

Die Fig. 4a veranschaulicht ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors eines Antriebsstrangs, der einen Riemen-Starter-Generator oder eine E-Maschine eines parallelen Hybridantriebsstrangs zumindest um Hochfahren des

Verbrennungsmotors umfasst. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors mit negativem Antriebsmoment, also im passiven oder Schubbetrieb, beim Herunterfahren oder beim Hochfahren des Verbrennungsmotors findet folgende Strategie Anwendung: Die Einlassventile werden derart angesteuert, dass sich entweder der erste charakteristische oder der zweite charakteristische Verlauf einstellt. In der Folge wird der Transfer von Frischluft vom Ansaugtrakt zum Abgaskrümmer reduziert oder vermieden und das durch den Widerstand der Kolbenbewegung hervorgerufene Schleppmoment wird reduziert.

Die Reduzierung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors kann durch das Schleppmoment kompensiert werden, das durch den Einsatz der E-Maschine als Generator hervorgerufen wird. Der Einsatz der beschriebenen Strategie ermöglicht somit eine Energierückgewinnung beispielsweise während des Bremsvorgangs, sodass Bremsenergie rekuperiert wird. Das Flochfahren kann über die E-Maschine erfolgen, wobei die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume derart

angesteuert werden, dass der Transfer von Frischluft vom Ansaugtrakt zum

Abgaskrümmer reduziert oder vermieden wird und dass das durch den Widerstand der Kolbenbewegung hervorgerufene Schleppmoment reduziert wird. Der Verbrennungsmotor wird initial hochgefahren, wenn der Motorstart nach längerem Stillstand erfolgt. Der Verbrennungsmotor befindet sich demnach nicht auf Betriebstemperatur. Zur Vermeidung eines übermäßigen Frischlufttransfers zum Abgaskrümmer findet folgende Strategie Anwendung: die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräume werden zu einem Zeitpunkt geöffnet, wo sich der dem

Arbeitsraum zugeordnete Kolben im Takt Auslass befindet und die Einlassventile einzelner oder aller Arbeitsräum werden zu einem Zeitpunkt geschlossen, wo sich der Kolben im Takt Einlass befindet, wobei der Takt Einlass nicht abgeschlossen ist.

Die Fig. 4b zeigt ein zweites Verfahren zum Herunterfahren und Hochfahren eines Verbrennungsmotors in Situationen, in denen sich der Verbrennungsmotor längere Zeit im heruntergefahrenen Zustand befunden hat. Im Unterschied zu der in Fig. 4a gezeigten Strategie wird nach Motorstart nicht sofort gezündet. Der Motor wird auf die angeforderte Drehzahl geschleppt, wobei eine Ventilhubkurve Anwendung findet, mit der das Schleppmoment vermindert werden kann (siehe 27). Auf diese Weise kann der E-Motor effizient ausgelegt werden.

Zu den weiteren Punkten: Punkt 23: Ansteuerung des Einlassventils nach dem ersten charakteristischen Öffnungsverlauf (Fig. 2) oder nach dem zweiten charakteristischen Öffnungsverlauf (Fig. 3);

Punkt 24: Art der Ansteuerung des Einlassventils wird während Motorstopp festgelegt.

Punkt 27: Ventilhubkurve zur Verminderung des Schlepplmoments.

Bezuqszeichenliste elektrohydraulischer Ventiltriebs zur variablen Betätigung der Einlassventile

Einlassventil

Nockenwelle

Geberkolben

Hydraulikmittelleitung

Hochdruckraum

Nehmerkolben

Nocken

Schaltventil

Mitteldruckraum

Rückschlagventil

Hydraulikmittelkreislauf

Kolbendruckspeicher

Linie

Linie

Linie

Linie

Linie

zweiter Arbeitsraum mit Frischluft gefüllt

Kontrolle der Endposition bei Motorstopp

Starten des Motors

Kalkulation der kinetischen Energie 23 Ansteuerung des Einlassventils

24 Festlegung der Ansteuerung nach Motorstart

25 Ladung mit übermäßig großem Anteil Abgas

26 Festlegung der Ansteuerung nach Motorstart

27 Ventilhubkurve zur Verminderung des Schleppmoments BDC unterer Totpunkt

TDC oberer Totpunkt