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Title:
METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/025319
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for operating a hybrid drive in a vehicle with an internal combustion engine and at least one electric motor connected thereto which is itself connected to an energy store. According to the invention, power deficits may be avoided in the simplest manner possible in at least preferably extraordinary operating situations of the hybrid drive, by operating the internal combustion engine in an overloaded mode.

Inventors:
PELS THOMAS (DE)
KAPUS PAUL (AT)
EBNER PETER (AT)
FISCHER ROBERT (AT)
FRAIDL GUENTER (AT)
KRIEGLER WOLFGANG (AT)
KAUP CARSTEN (DE)
Application Number:
PCT/AT2006/000359
Publication Date:
March 08, 2007
Filing Date:
August 31, 2006
Export Citation:
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Assignee:
AVL LIST GMBH (AT)
PELS THOMAS (DE)
KAPUS PAUL (AT)
EBNER PETER (AT)
FISCHER ROBERT (AT)
FRAIDL GUENTER (AT)
KRIEGLER WOLFGANG (AT)
KAUP CARSTEN (DE)
International Classes:
B60K6/48; B60K28/12; B60L50/13; B60W10/10; B60W30/18; F01M1/16; F02B39/14
Foreign References:
JP2003041966A2003-02-13
EP1522450A22005-04-13
DE19532325C11996-09-12
Attorney, Agent or Firm:
BABELUK, Michael (Wien, AT)
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Claims:

PATENTANSPRUCHE

1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebes bei einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und zumindest einer mit dieser verbundenen elektrischen Maschine, welche mit zumindest einem Energiespeicher in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in zumindest einer vorzugsweise außerordentlichen Betriebssituation des Hybridantriebes in einem überlastmodus betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im überlastmodus betrieben wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers unter einen Mindestwert fällt und/oder die abgefragte Leistung größer ist als die Summe der Antriebsleistungen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einer Gefahrensituation im überlastmodus betrieben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im überlastmodus betrieben wird, wenn - außerhalb des ordentlichen Einsatzbereiches der elektrischen Maschine - die volle Antriebsleistung der im normalen Lastmodus betriebenen Brennkraftmaschine angefordert und zusätzlich Ladeleistung zum Aufladen des Energiespeichers erbracht werden soll.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine - innerhalb des ordentlichen Einsatzbereiches der elektrischen Maschine - im überlastmodus betrieben wird, wenn entsprechende Antriebsleistung angefordert wird und eine Unterstützungsleistung für die im normalen Lastmodus betriebene Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine nicht verfügbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der überlastbetrieb der Brennkraftmaschine durch zusätzliches Anfetten des Kraftstoff-Luft-Gemisches realisiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der überlastbetrieb der aufgeladenen Brennkraftmaschine durch Erhöhen des Ladedruckes realisiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der überlastbetrieb durch Verstellen der Steuerzeiten und/oder Verstellen des Hubes der Gaswechselventile realisiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der überlastmodus so ausgelegt wird, dass bei wiederholten Anfahr- und/oder Beschleunigungsvorgängen die verbrauchte und die nachgeladene Energie des elektrischen Speichers gleich sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei schnellen Ladevorgängen die elektrische Energie in zumindest einem Doppelschichtkondensator gespeichert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiespeicher sowohl zumindest ein Doppelschichtkondensator, als auch zumindest eine aufladbare Batterie eingesetzt werden kann, wobei im normalen elektrischen Fahrbetrieb die aufladbare Batterie entladen und geladen wird und bei schnellen Hochlade- und/oder Entladevorgängen der Doppelschichtkondensator verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lastpunktverschiebung über ein im Antriebsstrang angeordnetes Getriebe durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lastpunktverschiebung durch Belasten der elektrischen Maschine oder Unterstützen durch die elektrische Maschine durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine unterstützend zur überbrückung des Turbolochs eingesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zumindest in einem Betriebsbereich nur elektrisch durch die elektrische Maschine angetrieben wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine durch zumindest eine Kupplung während des elektrischen Betriebes vom Antriebsstrang getrennt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine während des elektrischen Betriebes im Schleppbetrieb mit verminderter Reibleistung betrieben wird.

18. Hybridantrieb (1) für ein Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einer vorzugsweise aufgeladenen Brennkraftmaschine (2), zumindest einer elektrischen Maschine (3), zumindest einem mit der elektrischen Maschine (3) verbundenen elektrischen Energiespeicher (4) und einem Getriebe (7) im Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) in zumindest einer vorzugsweise außerordentlichen Betriebssituation des Hybridantriebes in einem überlastmodus betreibbar ist.

19. Hybridantrieb (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzeit und/oder der Ventilhub zumindest eines Gaswechselventils verstellbar ist.

20. Hybridantrieb (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine (2) und elektrischer Maschine (3) und/oder zwischen elektrischer Maschine (3) und Getriebe (7) zumindest eine Kupplung (8, 9) angeordnet ist.

21. Verfahren zur Bestimmung von Kompressionsunterschieden bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (11), welche mit einer, vorzugsweise drehzahlgeregelten, elektrischen Drehfeldmaschine (12) mechanisch fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich oder diskontinuierlich die Phasenströme und/oder die Phasenspannungen und die Drehzahl (n) der Drehfeldmaschine (12) gemessen und daraus das Drehmoment (M) an der Welle der Drehfeldmaschine (12) abgeleitet wird und dass dem Drehmomentverlauf ein Kompressionsdruckverlauf zugeordnet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (11) zum Messzeitpunkt ungefeuert und durch die Drehfeldmaschine (12) geschleppt betrieben wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass aus unterschiedlichen Drehmomentspitzen auf Kompressionsunterschiede zwischen den Zylindern geschlossen wird.

24. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Hybridfahrzeuges, welche zumindest einen Abgasturbolader und zumindest eine ölpumpe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem auf eine Hochlast- oder Volllastphase der Brennkraftmaschine folgenden Abschaltbefehl die ölpumpe eine Mindestnachlaufdauer lang betrieben wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die ölpumpe durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die die ölpumpe

antreibende Brennkraftmaschine bei einem auf eine Hochlast- oder Volllastphase folgenden Abschaltbefehl zumindest eine Mindestnachlaufdauer lang, vorzugsweise bei Teillast oder Leerlauf, betrieben wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24, insbesondere mit einer elektrisch antreibbaren ölpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die ölpumpe nach Abschalten der Brennkraftmaschine zumindest eine Mindestnachlaufdauer lang betrieben wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestnachlaufdauer in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters, vorzugsweise der Drehzahl des Turboladers, des Drehmomentes oder der Einspritzmenge der Brennkraftmaschine, vorzugsweise zum Zeitpunkt des Abschaitbefehls, ermittelt wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestnachlaufdauer vordefiniert wird.

29. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, welches einen seriellen Hybrid- Antriebsstrang mit zumindest einer Brennkraftmaschine und zumindest einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine aufweist, wobei die erste elektrische Maschine durch die Brennkraftmaschine in zumindest einem Betriebsbereich generatorisch betreibbar ist und die zweite elektrische Maschine zumindest ein Antriebsrad des Fahrzeuges mittelbar oder unmittelbar antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei Stillstand des Fahrzeuges und/oder bei geöffneter Fahrzeugtüre bei Teillast oder im Leerlauf betrieben wird.

Description:

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebes bei einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und zumindest einer mit dieser verbundenen elektrischen Maschine, welche mit einem Energiespeicher in Verbindung steht. Weiters betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung von Kompressionsunterschieden bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche mit einer, vorzugsweise drehzahlgeregelten, elektrischen Drehfeldmaschine mechanisch fest verbunden ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Hybridfahrzeuges, welche zumindest einen Abgasturbolader und zumindest eine ölpumpe aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, welches einen seriellen Hybrid-Antriebsstrang mit zumindest einer Brennkraftmaschine und zumindest einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine aufweist, wobei die erste elektrische Maschine durch die Brennkraftmaschine in zumindest einem Betriebsbereich generatorisch betreibbar ist und die zweite elektrische Maschine zumindest ein Antriebsrad des Fahrzeuges mittelbar oder unmittelbar antreibt.

Aus der JP 2003-041966 A ist ein Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug bekannt, bei dem die Brennkraftmaschine einen Drehmomentausfall der elektrischen Maschine kompensiert, wenn die elektrische Maschine nicht betriebsbereit ist.

Die elektrische Maschine eines Hybridfahrzeuges soll in vielen Fällen durch positives Moment die Fahrleistungen erhöhen (Boost-Funktion). Problematisch ist die Reproduzierbarkeit dieser Funktion, insbesondere für den Fall, dass der Energiespeicher leer ist oder die elektrische Maschine ihre maximale Leistung nicht zur Verfügung stellen kann, zum Beispiel wegen überhitzung. Bei bekannten Systemen kommt es in solchen Situationen zu Leistungseinbußen des Fahrzeugantriebes, die der Fahrer möglicherweise weder vorhersehen noch nachvollziehen kann.

Konventioneller Weise wird die Kompression der Zylinder über die Zünd- oder Glühkerzenbohrungen gemessen. Dies ist relativ zeitaufwendig, da Zündkerzen oder Glühkerzen vor der Messung ausgebaut werden müssen.

Aus der JP 60256029 A2 ist eine Einrichtung zum Testen einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird die Brennkraftmaschine durch einen Elektromotor angetrieben und das Antriebsdrehmoment gemessen.

Auch die JP 60256028 A2 und die JP 60256027 A2 offenbaren ähnliche Verfahren. Aufgrund des gemessenen Drehmomentes wird auf die Höhe der Reibwiderstände geschlossen.

Insbesondere bei Hybridfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine mit Turbolader ist die Schmierung des Turboladers beim Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine nach einer Betriebsphase mit hoher Drehzahl, beispielsweise im sogenannten Start-Stop-Betrieb, kritisch, da die, beispielsweise durch die Brennkraftmaschine angetriebene, ölpumpe nach dem Abstellen kein Schmieröl mehr fördert, obwohl der Turbolader noch mit hoher Drehzahl laufen kann.

Aus der JP 2003-134608 A2 ist eine Steuereinrichtung für den Generator eines elektrischen Fahrzeuges bekannt, wobei der Betriebsbereich des Fahrzeuges in einen bemannten und einen unbemannten Betrieb unterschieden wird. Im bemannten Betrieb wird der Generator gestoppt, sobald ein vordefinierter Ladezustand der Batterie erreicht wird. Im unbemannten Betriebszustand wird der Generator so betrieben, dass er umso mehr Strom der Batterie zuführt, desto geringer deren Ladezustand ist.

Die JP 2003-134607 A2 beschreibt ein ähnliches Verfahren.

Bei Fahrzeugen mit seriellem Hybrid-Antriebsstrang wird die Brennkraftmaschine zum Antrieb der ersten elektrischen Maschine mit konstanter Nenndrehzahl betrieben. Dies ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad, geringen Verbrauch und niedrige Emissionen. Derartige Fahrzeuge werden beispielsweise für den Linienbusbetrieb eingesetzt. Nachteilig ist, dass insbesondere bei Stillstand des Fahrzeuges, etwa im Haltestellenbereich, eine relativ hohe Geräuschbelastung durch die Brennkraftmaschine auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und das Antriebsverhalten eines Hybridfahrzeuges zu verbessern. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem mit möglichst geringem Aufwand die Kompression einzelner Zylinder ermittelt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine ausreichende Schmierung des Turboladers beim Abstellvorgang zu ermöglichen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung die Geräuschemissionen bei Fahrzeugen mit seriellen Hybrid-Antriebssträngen zu verringern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Brennkraftmaschine in zumindest einer vorzugsweise außerordentlichen Betriebssituation des Hybridan- triebes in einem überlastmodus betrieben wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine im überlastmodus betrieben wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers unter einen Mindestwert fällt und/oder die abgefragte Leistung größer ist als die Summe der Antriebsleistungen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine.

Besonders in Gefahrensituationen kann durch temporären überlastbetrieb der Brennkraftmaschine ein ausreichend hohes Drehmoment zur Verfügung gestellt werden, um kritische Situationen zu überwinden.

Die Brennkraftmaschine wird im überlastbetrieb ohne Rücksicht auf Emissionen und Dauerhaltbarkeit "überlastet" betrieben. Dies geschieht durch größere Einspritzmengen, geänderten Zündzeitpunkt, erhöhten Ladedruck, etc..

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Brennkraftmaschine im überlastmodus betrieben wird, wenn - außerhalb des ordentlichen Einsatzbereiches der elektrischen Maschine - die volle Antriebsleistung der im normalen Lastmodus betriebenen Brennkraftmaschine angefordert und zusätzlich Ladeleistung zum Aufladen des Energiespeichers erbracht werden soll. Auf diese Weise kann ein ausreichendes Antriebsdrehmoment zur Verfügung gestellt werden und gleichzeitig der leere Energiespeicher nachgeladen werden.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Brennkraftmaschine - innerhalb des ordentlichen Einsatzbereiches der elektrischen Maschine - im überlastmodus betrieben wird, wenn entsprechende Antriebsleistung angefordert wird und eine Unterstützungsleistung für die im normalen Lastmodus betriebenen Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine nicht verfügbar ist.

Durch zusätzliches Anfetten des Gemisches und/oder durch Erhöhen des Ladedruckes der aufgeladenen Brennkraftmaschine und/oder durch Verstellen der Steuerzeiten, bzw. des Hubes der Gaswechselventile kann diese im überlastmodus betrieben werden.

Das Energiemanagement ist so konzipiert, dass bei wiederholten Anfahr- bzw. Beschleunigungsvorgängen die verbrauchte und die nachgeladene Energie gleich sind und somit ein Pendelbetrieb möglich ist.

Eine Lastpunktverschiebung kann über das Getriebe erfolgen, welches beispielsweise als Handschaltgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt sein kann. Dabei kann beispielsweise die übersetzung im letzten Gang bei 40- 55 km/h für 1000min '1 Motordrehzahl ausgelegt sein.

Altemativ dazu kann eine Lastpunktverschiebung auch durch Belasten der elektrischen Maschine oder Unterstützen der Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine erreicht werden.

Während des sogenannten "Turbolochs" kann die elektrische Maschine unterstützend betrieben werden, um in dieser Phase Leistungseinbußen zu kompensieren.

Wird das Fahrzeug nur elektrisch durch die elektrische Maschine angetrieben, so ist es vorteilhaft, die Brennkraftmaschine vom Antriebsstrang durch eine Kupplung zu trennen, um Schleppverluste zu vermeiden.

Es ist aber auch möglich, die Reibleistung der geschleppten Brennkraftmaschine durch Verstellen der Steuerzeiten, änderung des Ventilhubes oder Ventilabschaltung zu vermindern.

Für schnelle Nachladevorgänge eignen sich Doppelschichtkondensatoren am besten. Für normale Hybridfunktionen können dagegen aufladbare Batterien als Energiespeicher eingesetzt werden. Besonders günstig ist es, wenn - je nach Anforderungen - verschiedene Energiespeicher, also sowohl Doppelschichtkondensatoren als auch Batterien verwendet werden.

Um auf einfache Weise die Kompression einzelner Zylinder zu ermitteln, ist vorgesehen, dass kontinuierlich oder diskontinuierlich die Phasenströme und/oder die Phasenspannungen und die Drehzahl der Drehfeldmaschine gemessen und daraus das Drehmoment an der Welle der Drehfeldmaschine abgeleitet wird und dass dem Drehmomentverlauf ein Kompressionsdruckverlauf zugeordnet wird, wobei vorzugsweise die Brennkraftmaschine zum Messzeitpunkt ungefeuert und durch die Drehfeldmaschine geschleppt betrieben wird.

Eine besonders einfache Messmöglichkeit ergibt sich, wenn aus unterschiedlichen Drehmomentspitzen auf Kompressionsunterschiede zwischen den Zylindern geschlossen wird.

Bei feldorientierten Regelsystemen für Drehfeldmaschinen wird aus Phasenströmen, der Phasenspannung und der Drehzahl das Drehmoment an der Welle errechnet. Bekannt sind verschiedene Verfahren, die sich am Ständer-, Luftspaltoder Läuferfluss der Drehfeldmaschine orientieren und sich im Maschinenmodell unterscheiden. Gemeinsam ist diesem Verfahren das Ziel der Bestimmung des magnetischen Flusses ohne konstruktive Eingriffe zur messtechnischen Erfassung. Das Maschinenmodell berechnet Zustandsgrößen der Maschine, die als Istwerte dem Fluss- und Momentregler zur Verfügung gestellt werden. Das Drehmoment ist in solchen Systemen die Stellgröße bei Drehzahl und Span-

nungsregelungen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind somit keine zusätzlichen Messgrößen erforderlich, da das Drehmoment üblicherweise zur Drehzahl- und Spannungsregelung ohnehin berechnet wird.

Die elektrische Drehfeldmaschine ist mechanisch fest mit der Brennkraftmaschine verbunden. Um sicher zu stellen, dass alle vier Arbeitstakte eines Zylinders erfasst werden, wird vorzugsweise der Drehmomentenverlauf in Bezug zum Kurbelwinkel über mindestens zwei Kurbelwellenumdrehungen aufgezeichnet. Aus dem Drehmomentverlauf der Drehfeldmaschine lassen sich durch Vergleich der Extremwerte Kompressionsunterschiede in den einzelnen Zylindern ableiten. Dabei ist die Drehmomentamplitude abhängig vom Druck in den Zylindern. Wird eine Brennkraftmaschine beispielsweise von einem Kurbelwellen-Starter-Generator ungefeuert durchgedreht, so lässt sich aus dem Vergleich der Drehmomentamplituden ableiten, welcher Zylinder verminderten Kompressionsdruck aufweist. Wird die elektrische Drehfeldmaschine mit konstantem Drehmoment angetrieben, lässt sich der Kompressionsdruck aus dem Drehzahlverlauf ableiten.

Eine in die Applikationssoftware implementierte Diagnosefunktion kann schnell und einfach Aufschluss über den Kompressionsverlust in einzelnen Zylindern geben. Es müssen dabei keine mechanischen Veränderungen, wie beispielsweise Zündkerzen- oder Glühkerzenausbau, vorgenommen werden. Gegebenenfalls lassen sich Betriebspunkte finden, die eine Diagnose während des Betriebes des Fahrzeuges ermöglichen und einen Defekt frühzeitig anzeigen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich der Kompressionstest mittels einer Diagnosefunktion mit Hilfe einer elektrischen Maschine wesentlich vereinfachen. Insbesondere ist es möglich, die Zylinderkompression laufend zu überwachen.

Eine ausreichende Schmierung des Turboladers bei einem Abstellvorgang lässt sich erreichen, wenn bei einem vorzugsweise auf eine Hochlast- oder Volllastphase der Brennkraftmaschine folgenden Abschaltbefehl die ölpumpe eine Min- destnachlaufdauer lang weiter betrieben wird.

Insbesondere bei einer durch die Kurbelwellen in der Brennkraftmaschine angetriebene ölpumpe ist es besonders vorteilhaft, wenn die Brennkraftmaschine für zumindest eine Mindestnachlaufdauer bei Teillast oder Leerlauf betrieben wird. Bei Verwendung einer elektrisch antreibbaren ölpumpe dagegen kann vorgesehen sein, dass die ölpumpe nach Abschalten der Brennkraftmaschine zumindest eine Mindestnachlaufdauer lang betrieben wird. Dadurch wird eine ausreichende Schmierung der Lager der Abgasturbine gewährleistet.

Um die Mindestnachlaufdauer möglichst kurz zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Mindestnachlaufdauer in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters, vorzugsweise der Drehzahl des Turboiaders, des Drehmomentes oder der Einspritzmenge der Brennkraftmaschine, vorzugsweise zum Zeitpunkt des Abschaltbefehls, ermittelt wird.

Zur Verminderung der Geräuschemission ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine bei Stillstand des Fahrzeuges und/oder bei geöffneter Fahrzeugtüre bei Teillast oder im Leerlauf betrieben wird.

Dadurch, dass die Brennkraftmaschine bei benötigter Zuschaltung, also bei niedrigem Batterieladezustand, in der Teillast oder im Leerlauf betrieben wird, kann der Schaltdruckpegel deutlich reduziert werden. Die Brennkraftmaschine läuft dabei zwar nicht im optimalen Betriebsbereich, der Komfort des Fahrzeuges und damit die Akzeptanz des Antriebskonzeptes wird aber dadurch verbessert. Die Betriebsstrategie kann nicht nur bei Bushaltestellen, sondern auch bei verkehrsbedingtem Halten, wie etwa vor Kreuzungen oder dergleichen, angewendet werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm;

Fig. 2 schematisch einen Hybridantrieb zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 schematisch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 ein Drehmoment-Kurbelwinkeldiagramm; und

Fig. 5 eine Brennkraftmaschine für ein Hybridfahrzeug.

Die Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in welchem das Drehmoment M über der Motordrehzahl n aufgetragen ist. Mit M E ist das Drehmoment der elektrischen Maschine 3 und M M das Drehmoment der Brennkraftmaschine 2 bezeichnet. Der mit M 0 bezeichnete Teil der Drehmomentenkennlinie der Brennkraftmaschine 2 zeigt den überlastbereich.

Zur Realisierung eignet sich ein einfacher Hybridantrieb 1 (sogenannter Mild- Hybrid) mit einer Brennkraftmaschine 2 und einer elektrischen Maschine 3, welche mit einem Energiespeicher 4 verbunden ist. Die elektrische Maschine 3 ist mit der Kurbelwelle 5 der Brennkraftmaschine mechanisch verbunden. Im Antriebsstrang zu den Antriebsrädern 6 ist ein beispielsweise ein als Handschaltge-

triebe oder Doppelkupplungsgetriebe ausgebildetes Getriebe 7 angeordnet. Die Kupplung 8 kann zwischen Brennkraftmaschine 2 und elektrischer Maschine 3 angeordnet sein. Es können auch zwei Kupplung 8, 9 verbaut werde.

Im Ausführungsbeispiel unterstützt unterhalb einer Drehzahl von 1500 min "1 die elektrische Maschine 3 die Brennkraftmaschine 2, so dass das Antriebsdrehmoment sich als Summe des Drehmomentes M M der Brennkraftmaschine 2 und das Drehmoment M E der elektrischen Maschine 3 ergibt. über 1500 min "1 wird das Antriebsdrehmoment nur durch die Brennkraftmaschine 2 aufgebracht. Dabei wird immer das gleiche Drehmoment dem Fahrer zur Verfügung gestellt. Bei leerem Energiespeicher 4 wird die Brennkraftmaschine im überlastmodus betrieben. Der Energiespeicher wird geladen und trotzdem wird das Nennvolllastdreh- moment an die Abtriebswelle abgegeben.

Wenn der elektrische Energiespeicher 4 beispielsweise nach einige Anfahrvorgängen entleert ist, ist es möglich, oberhalb von 1500 min "1 das Drehmoment M M der Brennkraftmaschine 2 so weit zu erhöhen, dass ein Laden des elektrischen Energiespeichers 4 möglich ist, obwohl zum Antreiben des Fahrzeuges noch immer ein Drehmoment von etwa 300 Nm zur Verfügung steht. Dies wird erreicht, indem die Brennkraftmaschine 2 beispielsweise durch Erhöhen des Ladedruckes und leichtes Anfetten im überlastmodus betrieben wird. Die überlastung kann beispielsweise auch durch ändern der Steuerzeiten und/oder des Ventilhubes der Gaswechselventile erfolgen. Auch eine Kombination mehrerer Maßnahmen ist möglich.

Eine beispielhafte kritische Situation ist das Anfahren am Berg mit einer Drehzahl, die nur leicht über der Leerlaufdrehzahl liegt (z.B. 1250 min "1 ). Das Höherschalten auf den nächsten Gang findet beispielsweise bei 2000 min '1 statt. Im Betriebsbereich von 1250 min "1 bis 1500 min "1 wird Energie aus dem Energiespeicher 4 entnommen, die elektrische Maschine 3 liefert Drehmoment. Im Betriebsbereich zwischen 1500 min "1 bis 2000 min "1 wird die Brennkraftmaschine 2 im überlastmodus (bei leerem Energiespeicher 4) betrieben. Das Drehmoment M, das über dem Normdrehmoment (im Beispiel 300 Nm) liegt, wird zum Nachladen des Energiespeichers 4 verwendet. Dabei ist es wünschenswert, dass bei möglichst niedriger Drehzahl n mit Nennleistung der elektrischen Maschine 3 in den Energiespeicher 4 zurückgeladen werden kann.

Ziel des Betriebs ist es, dass die Energie, die unter 1500 min "1 benötigt wird, im Betrieb oberhalb von 1500 min "1 bis zur Schaltdrehzahl (Worst-Case-Bedingung: niedrige Schaltdrehzahl) nachgeladen werden kann. Die überlastenergie muss dabei das Nachladen des Energiespeichers 4 und den Wirkungsgrad des Nachladens bei möglichst niedriger Drehzahl n abdecken.

Das bedeutet für die Brennkraftmaschine im Gegensatz zu bisherigen Hybridkonzepten: Das maximale Drehmoment (Crossover zwischen Verbrauchen und Nachladen) muss bei möglichst niedrigen Drehzahlen n stattfinden. Bei bekannten Hybridkonzepten wird in vielen Fällen eine besonders kostengünstige Brennkraftmaschine, bzw. eine Brennkraftmaschine, die eher auf niedrigsten Verbrauch, als auf bestes Drehmoment ausgelegt ist, verwendet.

Zum Unterschied zu herkömmlichen Hybridkonzepten erlaubt beim erfindungsgemäßen Hybridantrieb die aufgeladene Brennkraftmaschine 2, welche ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen aufweist, ein Hybridkonzept ohne Leistungsverzweigung (Power Split). Die Lastpunktverschiebung erfolgt nicht hauptsächlich über Leistungsverzweigung zwischen elektrischer Maschine 3 und Brennkraftmaschine 2, sondern über ein Getriebe mit langer Endübersetzung. Es ist somit kein leistungsverzweigtes Getriebe und damit verbundenen hohen Ent- wicklungs- und Investitionskosten erforderlich. Gleichzeitig ist das hier beschriebene Konzept auch als Zusatzfunktion für existierende Getriebe einsetzbar. Eine geringfügige zusätzliche Lastpunktverschiebung ist trotzdem möglich. Dadurch lassen sich Kosten wesentlich reduzieren.

Die elektrische Maschine 3 lässt sich wie folgt einsetzen:

Lastpunktverschiebung: Die elektrische Maschine 3 kann - bei Energiespeicher 4 mit ausreichender Energie - unterstützend, oder - bei leerem, bzw. ladbarem Energiespeicher - belastend eingesetzt werden, um die Brennkraftmaschine in den optimalen Betriebspunkt zu schieben (Minimalverbrauchspunkt).

Transientunterstützung: Die elektrische Maschine 3 kann zur überbrückung des sogenannten "Turbolochs" eingesetzt werden. Während der Zeitdauer des Laderhochlaufes kann mittels der elektrischen Maschine 3 ein linearer Drehmomentaufbau gewährleistet werden.

Elektrisch Fahren: Bei ausreichend geladenem elektrischen Energiespeicher 4 kann rein elektrisch gefahren werden. Bei starrer Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 3 und der Brennkraftmaschine 2 wird die elektrische Maschine 3 so bestromt, dass die Drehungleichförmigkeit der mitgeschleppten Brennkraftmaschine 2 ausgeglichen wird. Die Brennkraftmaschine 2 wird in einem reibleistungsminimierten Modus betrieben. Bei Verwendung einer Kupplung 8 zwischen elektrischer Maschine 3 und Brennkraftmaschine 2 kann bei abgekoppelter Brennkraftmaschine 2 elektrisch gefahren werden.

Der Energiespeicher 4 kann aus Doppelschichtkondensatoren (Supercaps) und/ oder herkömmlichen aufladbaren Batterien bestehen. Doppelschichtkondensatoren eignen sich besonders für schnelles Nachladen, für den elektrischen Fahrbetrieb können aufladbare Batterien verwendet werden. Im Gesamtkonzept können daher auch zwei unterschiedliche Energiespeicher eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf bestimmte Arten und Anordnungen von Hybridantriebskonzepten beschränkt, sondern kann vielmehr bei verschiedensten Hybridantrieben eingesetzt werden.

An eine Brennkraftmaschine 11 mit mehreren Zylindern ist mechanisch fest eine drehzahlgeregelte elektrische Drehfeldmaschine 12 angeschlossen, wie Fig. 3 zeigt. Die Regelung der Drehfeldmaschine 12 erfolgt über einen Maschinenregler 13 durch Pulsweiten-Modulation PWM. Mit Bezugszeichen 14 ist ein Flussregler, mit Bezugszeichen 5 ein Drehzahlregler bezeichnet.

Bei dem feldorientierten Maschinenregler 13 für die Drehfeldmaschine 12 wird aus den Phasenströmen, der Phasenspannung und der Drehzahl n der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 11 das Drehmoment M an der Welle errechnet. Dabei wird der magnetische Fluss φ ohne konstruktive Eingriffe zur messtechnischen Erfassung bestimmt. Das Maschinenmodell 16 berechnet die Zustandsgrö- ßen Drehmoment M und magnetischen Fluss φ der Drehfeldmaschine 12, die als Ist-Werte dem Flussregler 14 und dem Drehmomentregler 17 zur Verfügung gestellt werden. Das Drehmoment M bildet die Stellgröße bei der Drehzahl- und Spannungsregelung.

In Fig. 4 ist der Verlauf des Drehmomentes M über dem Kurbelwinkel α für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine 11 dargestellt. Die zyklischen Schwankungen des Drehmomentes M sind auf die Kompression der einzelnen Zylinder zurückzuführen. Aufgrund der deutlich erkennbaren unterschiedlichen Drehmomentspitzen kann auf Kompressionsunterschiede zwischen den Zylindern geschlossen werden.

Ein rasche Auswerten der Ergebnisse kann erreicht werden, wenn eine Diagnosefunktion in die Applikationssoftware implementiert wird.

Die Fig. 5 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 21 für eine Hybridfahrzeug, mit einem Einlassstrang 22 und einem Auslassstrang 23. Im Einlass- und Auslassstrang 22, 23 ist ein Abgasturbolader 24 angeordnet, dessen Lager 25 durch eine von der Kurbelwelle 26 der Brennkraftmaschine 21 angetriebene öl- pumpe 27 mit Schmieröl versorgt werden. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen treten Betriebsphasen auf, bei denen die Brennkraftmaschine 21 unmittelbar nach einem Volllastbetrieb abgeschaltet wird. Da die ölpumpe 27 normalerweise

mit den anderen Nebenantrieben über die Kurbelwelle 26 betrieben wird, liefert sie nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine kein Schmieröl mehr zu den Lagern 25 des Abgasturboladers 24, obwohl der Abgasturbolader 24 noch mit sehr hoher Drehzahl umlaufen kann. Dadurch kann es zu einem Schmierölmangel der Lager 25 des Abgasturboladers 24 und zu dessen Zerstörung kommen.

Um dies zu vermeiden, wird aufgrund des Profils leistungsspezifischer Motorparameter (Moment, Einspritzmenge), des Drehzahlprofils der Brennkraftmaschine 21 und/oder der Drehzahl des Abgasturboladers 24 eine Mindestnachlaufdauer ermittelt, ab der eine zerstörungsfreie Abschaltung möglich ist. Der Verlauf der spezifischen Größen wird in einem Zeitfenster betrachtet und daraus die Nachlaufdauer δt bzw. der frühestmögliche Abschaltzeitpunkt ermittelt. Nachdem an die Brennkraftmaschine 21 der Befehl zum Abschalten gegeben wird, läuft diese noch für eine vordefinierte Nachlaufzeitdauer δt lang nach, um über die ölpumpe 27 die Lager 25 des Abgasturboladers 24 ausreichend mit Schmieröl zu versorgen.




 
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