DE4344053B4 - Method for operating a hybrid vehicle and device for carrying out the method - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (6) und einer Elektromaschine (4), die als aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (Antriebsbatterie 7) speisbarer Motor oder als vom Verbrennungsmotor (6) antreibbarer, den Energiespeicher (7) aufladender Generator betreibbar ist, wobei der Vortrieb des Hybridfahrzeugs entweder allein durch den Verbrennungsmotor (6), allein durch die als Motor betriebene Elektromaschine (4) oder aber gleichzeitig durch beide erfolgt und wobei der Verbrennungsmotor (6) während des Vortriebs des Fahrzeugs zeitweise gleichzeitig auch die als Generator betriebene Elektromaschine (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet,
dass der Verbrennungsmotor (6) in Fahrphasen, in denen sein spezifischer Kraftstoffverbrauch hoch ist, dann, wenn der elektrochemische Energiespeicher (7) zumindest teilentladen ist, zusätzlich mit der generatorisch betriebenen Elektromaschine (4) belastet wird,
und dass die Elektromaschine (4) dabei derart geregelt wird, dass die Beziehung

Figure 00000002
eingehalten wird, worin
NF die Fahr- bzw. Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors,
NL die „überlagerte" Generatorleistung, d.h. die zum Antrieb der...Method for operating a hybrid vehicle having an internal combustion engine (6) and an electric machine (4) which can be operated as a motor that can be fed from a rechargeable electrochemical energy store (drive battery 7) or as a generator that can be driven by the internal combustion engine (6) and charges the energy store (7), wherein the propulsion of the hybrid vehicle either solely by the internal combustion engine (6), solely by the electric motor operated as a motor (4) or simultaneously by both takes place and wherein the internal combustion engine (6) during the propulsion of the vehicle at times simultaneously also operated as a generator electric machine (4) drives, characterized
that the combustion engine (6) in driving phases, in which its specific fuel consumption is high, then, when the electrochemical energy store (7) is at least partially discharged, additionally charged with the generator-operated electric machine (4),
and that the electric machine (4) is regulated in such a way that the relationship
Figure 00000002
is maintained, in which
N F the driving or driving power of the internal combustion engine,
N L is the "superimposed" generator power, ie the power to drive the ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The The invention relates to a method for operating a hybrid vehicle referred to in the preamble of claim 1 and a kind Device for performing of the procedure.

Hybridfahrzeuge, bei denen das Fahrzeug bei Bedarf entweder allein durch einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor, allein durch eine aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (Batterie) gespeiste und zur Wiederaufladung des Energiespeichers auch generatorisch betreibbare Elektromaschine oder aber gleichzeitig durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine angetrieben wird, sind in vielfältigen Varianten bekannt, u. a. aus der DE 21 33 485 A , der DE-29 43 554-A1, der DE-29 45 303-C2 und der DE-31 12 629-C2.Hybrid vehicles in which the vehicle, if necessary, either alone by an internal combustion engine, in particular a gasoline or diesel engine, solely by one from a rechargeable electrochemical energy storage (battery) and for recharging the energy storage also regeneratively operable electric machine or simultaneously by the internal combustion engine and the Electric machine is driven, are known in many variations, including from the DE 21 33 485 A DE-29 43 554-A1, DE-29 45 303-C2 and DE-31 12 629-C2.

Im allgemeinen werden solche Hybridfahrzeuge in einem unteren Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich und/oder in einem Umfeld, in dem es auf geringe Emissionen ankommt, z. B. bei Stadtfahrten, nur von der Elektromaschine angetrieben und in den darüberliegenden Leistungs- bzw. Geschwindigkeitsbereichen oder bei Überlandfahrten generell nur vom Verbrennungsmotor.in the In general, such hybrid vehicles will operate in a lower performance or speed range and / or in an environment where it is low emissions, z. B. on city trips, only from the Electric machine driven and in the overlying Leistungsungs- or Speed ranges or for overland trips in general only from the combustion engine.

Allgemein bekannt ist es, während der verbrennungsmotorischen Betriebsphasen des Hybridantriebs auf Gefällestrecken sowie beim Verzögern des Fahrzeugs die Elektromaschine anzukoppeln – soweit sie nicht sowieso ständig angekoppelt ist – und in den Genera torbetrieb zu steuern, um während dieser Betriebsphasen den elektrochemischen Energiespeicher auf- bzw. nachzuladen.Generally it is known while the internal combustion engine operating phases of the hybrid drive on downgrades as well as when decelerating the vehicle to couple the electric machine - if they are not anyway constantly is coupled - and in the genera torbetrieb to control during these operating phases the charge or recharge electrochemical energy storage.

Grundsätzlich bekannt ist es aber auch ( DE 21 33 485 A ), wahrend verbrennungsmotorischer Überlandfahrten die Elektromaschine – angetrieben vom Verbrennungsmotor – generatorisch zu betreiben und den elektrochemischen Energiespeicher aufzuladen. Diese Betriebsweise wird insbesondere deshalb als besonders vorteilhaft angesehen, weil der Verbrennungsmotor dann auf Überlandstrecken gleichmäßiger belastet sein soll, was zu einer wesentlichen Verringerung der Abgasemissionen des Verbrennungsmotors führen soll. Überlegungen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs bzw. der Kraftstoffoptimierung für das Gesamtfahrzeug wurden dabei nicht angestellt. Bei den in dieser Weise betriebenen Hybridfahrzeugen soll im übrigen die Leistung des Verbrennungsmotors vorzugsweise größer bemessen werden als es für normale Überlandfahrten, d. h. ohne angekoppelten Generator, erforderlich ist, um so bei Überlandfahrten erforderlichenfalls unabhängig von den jeweiligen Traktionsverhältnissen bzw. -anforderungen den Energiespeicher aufladen zu können.Basically, it is also known ( DE 21 33 485 A ), during internal combustion engine overland driving the electric machine - driven by the internal combustion engine - to operate as a generator and to charge the electrochemical energy storage. This mode of operation is therefore considered to be particularly advantageous because the internal combustion engine should then be loaded more uniformly on overland routes, which should lead to a substantial reduction in the exhaust emissions of the internal combustion engine. Considerations regarding the fuel consumption and the fuel optimization for the entire vehicle were not made. In the hybrid vehicles operated in this way, the power of the internal combustion engine should preferably be made larger than is necessary for normal overland travel, ie without a coupled generator, so as to charge the energy storage device when traveling overland, independently of the respective traction conditions or requirements can.

Bei einem anderen bekannten Hybridfahrzeug (DE-29 43 554-A1), das sich aufgrund seiner besonderen Konzeption nicht nur durch eine hohe Regelspontanität, sondern auch durch besonders geringen Kraftstoffverbrauch auszeichnet, ist es ebenfalls üblich, die Elektromaschine nicht nur auf Gefällestrecken und/oder bei Verzögerungsphasen des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs – den elektrochemischen Energiespeicher ladend – generatorisch zu betreiben, sondern auch dann, wenn der Energieinhalt des kontinuierlich überwachten elektrochemischen Energiespeichers während des an sich elektromotorischen Fahrbetriebs unter einen vorgegebenen Mindestwert absinkt. In diesem Falle wird nämlich der Verbrennungsmotor selbsttätig zugeschaltet und die Elektromaschine aus ihrem motorischen Betrieb heraus- und zur Aufladung des Energiespeichers in den generatorischen Betrieb umgesteuert.at Another known hybrid vehicle (DE-29 43 554-A1), which due to its special design not only by a high Regelspontanität, but also characterized by particularly low fuel consumption, it is also common the electric machine not only on downhill gradients and / or during deceleration phases the combustion engine driving - the electrochemical energy storage loading - regenerative but also if the energy content of the continuously monitored electrochemical energy storage during the electromotive itself Driving operation falls below a predetermined minimum value. In this Trap will happen the internal combustion engine automatically switched on and the electric machine from their motor operation Out and to charge the energy storage in the regenerative Operation reversed.

Dieses kontinuierliche Überwachen des Energieinhalts des elektrochemischen Energiespeichers und das Ändern des Betriebsmodus' ist bei diesem bekannten Hybridfahrzeug zwingend erforderlich, weil die Elektromaschine hier – abgesehen von ihrer Generatorfunktion – nicht nur als Antriebsmaschine für das Fahrzeug dient, sondern insbesondere auch als Anlaßmaschine für den schwungradlos ausgebildeten Verbrennungsmotor benötigt wird und deshalb ständig mindestens sichergestellt sein muß, daß die als Motor betriebene Elektromaschine zum Anlassen des Verbrennungsmotors aus dem Stillstand heraus auf die benötigte Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors beschleunigt werden kann.This continuous monitoring the energy content of the electrochemical energy storage and changing the Operating mode 'is mandatory in this known hybrid vehicle, because the electric machine here - apart from their generator function - not only as a prime mover for the vehicle is used, but in particular as a starting machine for the flywheel-trained engine is needed and therefore constantly must at least be sure that the engine operated Electric machine for starting the internal combustion engine from standstill out on the needed Minimum speed of the internal combustion engine can be accelerated.

Bei Hybridfahrzeugen, die wahlweise durch einen aus einem elektrochemischen Energiespeicher gespeisten Elektromotor oder durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, ist es zwecks Verbrauchsoptimierung besonders wichtig, daß beide Motoren möglichst jeweils in einem verbrauchsmäßig zumindest vergleichsweise günstigen Leistungsbereich betrieben werden, es sei denn, daß in besonderen Einsatzfällen anderen Gesichtpunkten, z. B. der Emission, Vorrang eingeräumt werden muß.at Hybrid vehicles, optionally by means of an electrochemical Energy storage powered electric motor or by an internal combustion engine It is specially designed for consumption optimization important that both Engines as possible each in a consumption at least comparatively Great Be operated, except in special Other cases Points of view, z. As the issue, priority will be given got to.

Es ist daher bereits bekannt (z. B. DE-31 12 629-C2) zwecks Verbrauchsoptimierung des Verbrennungsmotors ein Hybridfahrzeug derart zu betreiben, daß in einem unteren Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich nur die Elektromaschine und in einem anschließenden oberen Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich nur der Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine wirksam ist. Diesem Betriebsverfahren liegt das Wissen zugrunde, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Otto- oder Dieselmotoren im unteren Teillastbereich besonders hoch und im oberen Teillastbereich – nahe Vollast – vergleichsweise günstig ist und daß demgegenüber Elektromaschinen in diesem unteren Teillastbereich des Hybridfahrzeugs insbesondere dann mit einem vergleichsweise guten Wirkungsgrad arbeiten, wenn sie im Vergleich zum Verbrennungsmotor eine vergleichsweise kleine Nennleistung von z. B. nur 10 bis 20% des Verbrennungsmotors besitzen. Bei diesem bekannte Hybridfahrzeug (DE-31 12 629-C2) wird nun die Umschaltung von der als Motor betriebenen Elektromaschine auf den Verbrennungsmotor zwecks weiterer Verbrauchsoptimierung bei einem Leistungs- oder Geschwindigkeits wert vorgenommen, der in Abhängigkeit von der voraussichtlich noch zurückzulegenden Tagesfahrstrecke des Hybridfahrzeugs verändert wird.It is therefore already known (eg DE-31 12 629 C2) for the purpose of optimizing consumption of the burn tion motor to operate a hybrid vehicle such that in a lower power or speed range, only the electric machine and in a subsequent upper power or speed range, only the internal combustion engine is effective as a prime mover. This operating method is based on the knowledge that the specific fuel consumption of internal combustion engines, especially petrol or diesel engines in the lower part load range is particularly high and in the upper part load range - near full load - comparatively low and that in contrast electric machines in this lower part load range of the hybrid vehicle in particular with a comparatively good efficiency work when compared to the combustion engine, a comparatively small power of z. B. only 10 to 20% of the internal combustion engine. In this known hybrid vehicle (DE-31 12 629 C2), the switchover from the electric motor operated as a motor to the internal combustion engine for the purpose of further fuel consumption optimization at a power or speed value is now made, which changes depending on the expected still lying behind daily driving distance of the hybrid vehicle becomes.

Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 41 13 386 C2 eine Hybridantriebsanordnung für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine, einer Zusatzantriebseinrichtung, einer Einrichtung zum Abzweigen von Überschussleistung der Brennkraftmaschine in einen der Zusatzantriebseinrichtung zugeordneten Speicher und mit einer übergeordneten Steuereinrichtung für den Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder den Betriebsmodus der Zusatzantriebseinrichtung. Dabei ist eine Auslegungsleistung durch den Schnittpunkt einer Kurve des tatsächlichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine und der Kurve des zulässigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs (bezul) bestimmt, wobei die letztgenannte Kurve durch folgende Formel definiert ist:

Figure 00050001
Furthermore, the document discloses DE 41 13 386 C2 a hybrid drive assembly for motor vehicles, with an internal combustion engine, an auxiliary drive device, a device for branching off excess power of the internal combustion engine in one of the auxiliary drive means associated memory and with a higher-level control device for the operation of the internal combustion engine and / or the operating mode of the auxiliary drive device. Here, a design output is determined by the intersection of a curve of the actual specific fuel consumption of the internal combustion engine and the permissible specific fuel consumption curve (b ezul ), the latter curve being defined by the following formula:
Figure 00050001

Dabei sind:
beEck der minimale spezifische Kraftsportverbrauch bei der kleinsten fahrbahren Drehzahl der Brennkraftmaschine
η1 der Wirkungsgrad für die Umwandlung der mechanischen Energie der Brennkraftmaschine in die Speicherenergie
η2 der Wirkungsgrad für die Umwandlung der Speicherenergie in die Energie der Zusatzantriebseinrichtung
P die abgerufene Leistung
PEck die maximale Leistung der Brennkraftmaschine bei minimaler Betriebsdrehzahl
Here are:
b eEck the minimum specific power consumption at the smallest driving speed of the internal combustion engine
η1 the efficiency for the conversion of the mechanical energy of the internal combustion engine in the storage energy
η2 the efficiency for the conversion of the storage energy into the energy of the auxiliary drive device
P the retrieved performance
P corner the maximum power of the engine at minimum operating speed

Dabei wird die Auslegungsleistung der Zusatzantriebseinrichtung so gewählt, dass der spezifische Kraftsportverbrauch für Leistungen unterhalb der Auslegungsleistung beim Betrieb von Brennkraftmaschine und Zusatzantriebseinrichtung günstiger ist als beim Antrieb durch die Brennkraftmaschine allein.there The design performance of the auxiliary drive device is chosen so that the specific power consumption for services below the Design performance in the operation of internal combustion engine and auxiliary drive device better is than when driven by the internal combustion engine alone.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs anzugeben, mit dessen Hilfe der Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs weiter optimiert wird.In front In this background, the invention is based on the object, to provide a method of operating a hybrid vehicle, with the Help the overall consumption of the hybrid vehicle is further optimized.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These Task is in a method in the preamble of the claim 1 according to the invention by the characterizing features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.Based an embodiment the invention will be described in more detail below explained.

In der Zeichnung zeigenIn show the drawing

1 ein Hybridfahrzeug mit einer Reihenanordnung von Verbrennungsmotor und Elektromaschine, 1 a hybrid vehicle with a series arrangement of internal combustion engine and electric machine,

2 die Prinzipdarstellung einer Steuer- und Regeleinrichtung für das Hybridfahrzeug, 2 the schematic representation of a control and regulating device for the hybrid vehicle,

3 ein übliches Motorkennfeld eines Verbrennungsmotors und, 3 a common engine map of an internal combustion engine and,

4 ein (unübliches) Motor-Verbrauchkennfeld eines Verbrennungsmotors. 4 an (unusual) engine consumption map of an internal combustion engine.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist ein Hybridfahrzeug dargestellt, wie es von seinem Aufbau her beispielsweise aus der DE-OS 29 43 554 oder aus der Zeitschrift "Gute Fahrt" 1/90, Seite 8 bekannt ist. Bei diesem Hybridfahrzeug ist die Eingangswelle 1 eines üblichen Kfz-Wechselgetriebes 2 über eine erste schaltbare Trennkupplung 3 mit einer wahlweise als Elektromotor oder als Generator betreibbaren Elektromaschine 4 sowie über eine zweite schaltbare Trennkupplung 5 mit einem Verbrennungsmotor 6 verbunden.In the embodiment according to 1 a hybrid vehicle is shown, as it from its structure, for example, from the DE-OS 29 43 554 or from the magazine "Gute Fahrt" 1/90, page 8 is known. In this hybrid vehicle, the input shaft 1 a conventional automotive gearbox 2 via a first switchable disconnect clutch 3 with an optionally operable as an electric motor or as a generator electric machine 4 as well as a second switchable disconnect clutch 5 with an internal combustion engine 6 connected.

Das Hybridfahrzeug kann so in bekannter Weise nach Bedarf entweder allein durch die als Elektromotor betriebene Elektromaschine 4 angetrieben werden, wobei die erste Trennkupplung 3 geschlossen und die zweite Trennkupplung 5 geöffnet ist, oder allein durch den Verbrennungsmotor 6, wobei dann beide Trennkupplungen 3 und 5 geschlossen sind und die weder elektromotorisch noch generatorisch arbeitende Elektromaschine 4 als Schwungscheibe mit umläuft. In dieser verbrennungsmotorischen Betriebsphase könnte die Elektromaschine 4 aber auch (z. B. an Steigungsstrecken oder während besonderer Beschleunigungsphasen) grundsätzlich zusätzlich für den Antrieb des Hybridfahrzeugs herangezogen werden, indem sie an den elektrochemischen Energiespeicher 7 (Antriebsbatterie) angeschlossen bzw. in ihren Motorbetrieb gesteuert wird.The hybrid vehicle can in a known manner as needed either alone by the electric motor operated as an electric motor 4 be driven, the first disconnect clutch 3 closed and the second disconnect clutch 5 is open, or alone by the internal combustion engine 6 , in which case both separating couplings 3 and 5 are closed and the electric motor or regenerative electric machine 4 as a flywheel with revolves. In this combustion engine operating phase, the electric machine could 4 but also (eg on gradients or during special acceleration phases) in principle additionally be used for the drive of the hybrid vehicle by being connected to the electrochemical energy storage 7 (Drive battery) is connected or controlled in their motor operation.

Jeweils einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufweisende Hybridfahrzeuge sind u. a. entwickelt worden, um in ein und demselben Fahrzeug nach Bedarf jeweils die spezifischen Vorteile eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors ausnutzen zu können, z. B. in speziellen innerstädtischen Bereichen die Emissionsfreiheit und/oder die Geräuscharmut des Elektromotors und außerhalb dieser Bereiche, z. B. bei Überlandfahrten o. ä. das Vermögen, mit dem Verbrennungsmotor auch längere Entfernungen ohne Nachtankstopp und wenn es die Straßenverhältnisse zulassen erforderlichenfalls auch mit höheren Geschwindigkeiten zurücklegen zu können.Each an internal combustion engine and an electric machine having hybrid vehicles are u. a. designed to be in the same vehicle after Need the specific advantages of an electric motor or to take advantage of an internal combustion engine, z. B. in special inner city Areas the emission-free and / or the low-noise of the electric motor and outside these areas, z. B. for overland trips o. Ä. That Capital, with the internal combustion engine also longer Distances without refueling and if it is the road conditions if necessary, even at higher speeds to be able to.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs z. B. der in 1 gezeigten Art wird unter Beibehaltung der zuvor erwähnten grundsätzlichen betrieblichen Möglichkeiten und Vorteile eines solchen Hybridfahrzeugs der Kraftstoffbedarf des Gesamtfahrzeugs in bisher nicht gewohnter Weise optimiert, nämlich einfach dadurch, daß der Verbrennungsmotor 6 in Fahrphasen, in denen sein spezifischer Kraftstoffverbrauch hoch ist, in spezieller Weise zusätzlich mit generatorischer Leistung zum Laden des an Bord befindlichen elektrochemischen Energiespeichers (Antriebsbatterie) 7 belastet wird, so daß er infolge der daraus resultierenden Erhöhung des ihm abverlangten Drehmoments in einem Punkt seines Verbrauchkennfelds mit im Vergleich zu vorher entschieden niedrigerem spezifischen Kraftstoffverbrauch betrieben wird.With the inventive method for operating a hybrid vehicle z. B. the in 1 shown type is optimized while maintaining the aforementioned fundamental operational opportunities and advantages of such a hybrid vehicle, the fuel consumption of the entire vehicle in previously unaccustomed manner, namely simply in that the internal combustion engine 6 in driving phases in which its specific fuel consumption is high, in a special way additionally with regenerative power for charging the on-board electrochemical energy store (traction battery) 7 is loaded so that it is operated as a result of the resulting increase in the torque demanded at one point of its consumption map with compared to previously decidedly lower specific fuel consumption.

Die überlagerte Generatorleistung NL der Elektromaschine 4 wird dabei derart gesteuert, daß der Gesamtkraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 6, bezogen auf die insgesamt zurückgelegte Fahrstrecke (verbrennungsmotorisch ohne und mit überlagerter Generatorleistung sowie elektromotorisch) geringer ist, als der für die gleiche Fahrstrecke erforderliche Kraftstoffverbrauch bei einem rein verbrennungsmotorischen (d. h. ohne überlagerte generatorische Leistung) Betrieb.The superimposed generator power N L of the electric machine 4 is controlled so that the total fuel consumption of the engine 6 , based on the total distance traveled (internal combustion engine without and with superimposed generator power and electric motor) is lower than the fuel consumption required for the same route with a pure internal combustion engine (ie without superimposed regenerative power) operation.

Der Gesamtkraftstoffverbrauch setzt sich also zusammen aus dem Kraftstoffverbrauch für den verbrennungsmotorisch betriebenen Vortrieb des Hybridfahrzeugs und dem Kraftstoffverbrauch für den Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4, deren dabei erzeugte elektrische Energie zunächst im elektrochemischen Energiespeicher 7 gespeichert und in einer späteren Fahrphase wieder für den elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird.The total fuel consumption is thus composed of the fuel consumption for the internal combustion engine operated propulsion of the hybrid vehicle and the fuel consumption for driving the generator-operated electric machine 4 , The electrical energy generated thereby initially in the electrochemical energy storage 7 stored and made available in a later driving phase again for the electromotive propulsion of the hybrid vehicle.

In den Fällen, in denen der elektrochemische Energiespeicher 7 zu diesem Zeitpunkt noch zumindest annähernd voll aufgeladen ist, also z. B. noch etwa 70% seiner Ladekapazität besitzt, wird der Verbrennungsmotor 6 dagegen einfach abgeschaltet und der Vortrieb des Hybridfahrzeugs allein durch die dann aus dem elektrochemischen Energiespeicher 7 gespeiste elektromotorisch betriebene Elektromaschine 4 bewirkt, und zwar so lange, bis sich die Betriebsumstände des Hybridfahrzeugs derart geändert haben, daß der Verbrennungsmotor 6 als Alleinantrieb wieder in verbrauchsgünstigeren höheren Lastbereichen betrieben werden könnte, oder aber so lange, bis der elektrochemische Energiespeicher 7 soweit entladen ist, daß es wieder günstiger ist, das Hybrid fahrzeug in vorerwähnter Weise durch den Verbrennungsmotor 6 anzutreiben und gleichzeitig den Energiespeicher 7 durch die generatorisch arbeitende Elektromaschine 4 nachzuladen.In cases where the electrochemical energy storage 7 at this time still at least approximately fully charged, so z. B. still has about 70% of its load capacity, the internal combustion engine 6 on the other hand simply switched off and the propulsion of the hybrid vehicle alone by the then from the electrochemical energy storage 7 powered electric motor driven electric machine 4 causes, and so long until the operating conditions of the hybrid vehicle have changed so that the internal combustion engine 6 as a single drive could be operated again in more fuel-efficient higher load ranges, or so long until the electrochemical energy storage 7 As far as it is discharged that it is cheaper again, the hybrid vehicle in the aforementioned manner by the internal combustion engine 6 to drive and at the same time the energy storage 7 by the generator working electric machine 4 reload.

Soweit ein Hybridfahrzeugtyp vorliegt, bei dem die Elektromaschine bzw. deren rotierender Teil während des verbrennungsmotorischen Betriebs des Hybridfahrzeugs abweichend von 1 nicht sowieso ständig mechanisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, ist es natürlich erforderlich, die Elektromaschine zunächst mechanisch mit dem Verbrennungsmotor zu koppeln, ehe sie zum Laden des elektrochemischen Energiespeichers in den Generatorbetrieb gesteuert wird.Insofar as a hybrid vehicle type is present, in which the electric machine or its rotating part deviates during combustion engine operation of the hybrid vehicle 1 is not always mechanically coupled to the internal combustion engine anyway, it is of course necessary to first mechanically couple the electric machine with the engine before they charge for charging the electrochemical En energy storage is controlled in the generator mode.

Letztlich ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise möglich, den Kraftstoff so einzusetzen, daß der Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs niedriger ist als bei einem konventionellen, d. h. rein verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeug.Ultimately it is by the method according to the invention advantageously possible to use the fuel so that the fuel consumption of the Hybrid vehicle is lower than in a conventional, d. H. purely internal combustion engine powered vehicle.

Es versteht sich in diesem Zusammenhang, daß hierbei die Wirkungsgradkette für die elektrische Energieumwandlung sowie den elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs von besonderer Bedeutung ist.It understood in this context, that in this case the efficiency chain for the electrical energy conversion and the electromotive propulsion of the hybrid vehicle is of particular importance.

In dem in 3 exemplarisch dargestellten üblichen Motorkennfeld eines Verbrennungsmotors sind als Funktion der Drehzahl neben der dick ausgezogenen Vollastkennlinie und drei dünn ausgezogenen hyperbelförmigen Drehmomentenkennlinien für drei verschiedene Getriebegänge des Hybridfahrzeugs gestrichelt drei Mitteldruck-Kennlinien für drei verschiedene konstante Motorleistungen und außerdem mehrere Linien mit jeweils konstantem spezifischen Kraftstoffverbrauch dargestellt. Obgleich dieses Kennfeld natürlich anhand eines konkreten Verbrennungsmotors erstellt wurde, gilt es abgesehen von den absoluten Größen tendenziell für alle Otto- und Dieselmotoren.In the in 3 Exemplary illustrated typical engine map of an internal combustion engine are shown as a function of speed in addition to the thick solid full load curve and three thinly drawn hyperbolic torque curves for three different gears of the hybrid vehicle dashed three medium-pressure characteristics for three different constant engine power and also several lines each with constant specific fuel consumption. Although this map has of course been created using a specific internal combustion engine, it applies apart from the absolute sizes tend to be for all gasoline and diesel engines.

Aus diesem Motorkennfeld ist leicht erkennbar, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors in den unte ren Teillastbereichen stark ansteigt.Out This engine map is easily recognizable that the specific fuel consumption an internal combustion engine in the unte ren partial load areas strong increases.

Für die Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß ein Hybridfahrzeug etwa der Golf-Klasse vorliegt, das mit einer Elektromaschine mit einer Nennleistung von nur etwa 6 kW ausgerüstet ist.For the explanation the invention is assumed that a hybrid vehicle about the Golf class exists with an electric machine with a rated power equipped by only about 6 kW is.

Wenn ein solches Hybridfahrzeug entsprechend den gerade vorherrschenden Betriebsumständen vom Verbrennungsmotor 6 z. B. bei etwa 2000 min-1 mit einer Vortriebsleistung NF von etwa 6 kW angetrieben wird, im angenommenen Beispiel dabei also etwa mit 50 km/h fährt, dann arbeitet der Verbrennungsmotor 6 in einem vergleichsweise verbrauchungünstigen unteren Teillastbereich mit einem spezifischen Kraftstoffverbrauch be von etwa 360 g/kWh, wie dies aus dem Motorkennfeld der 3 zu entnehmen ist.If such a hybrid vehicle according to the currently prevailing operating conditions of the internal combustion engine 6 z. B. at about 2000 min -1 with a propulsive power N F of about 6 kW is driven, in the example assumed so it runs at about 50 km / h, then works the internal combustion engine 6 in a comparatively low consumption lower part load range with a specific fuel consumption b e of about 360 g / kWh, as can be seen from the engine map of 3 can be seen.

Wenn in dieser verbrennungsmotorischen Fahrphase des Hybridfahrzeugs die Elektromaschine 4 erfindungsgemäß in ihren Generatorbetrieb gesteuert wird, um den elektrochemischen Energiespeicher 7 nachzuladen, dann wird dem Verbrennungsmotor 6 statt der zuvor für den reinen Vortrieb des Hybridfahrzeugs nur erforderlichen 6 kW Leistung NF nunmehr eine höhere Gesamtleistung NF + NL, von z. B. 8 kW abgefordert, nämlich die Leistung NF für den Vortrieb des Hybridfahrzeugs und zusätzlich die überlagerte Generatorleistung NL für den Antrieb der als Generator arbeitenden Elektromaschine 4. Für den Verbrennungsmotor 6 ergibt sich dann bei der Motorgesamtleistung NF + NL von 8 kW bei 2000 min-1 ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be' von etwa 305 g/kWh. In 3 ist die entsprechende Mitteldruckkurve bei konstanter Motorleistung von 8 kW nicht weiter dargestellt, sie liegt aber etwa im unteren Drittel zwischen der Mitteldruckkurve für 6 kW und 11 kW.When in this combustion engine phase of the hybrid vehicle, the electric machine 4 is controlled according to the invention in its generator mode to the electrochemical energy storage 7 recharge, then the internal combustion engine 6 Instead of the previously required for the pure propulsion of the hybrid vehicle only 6 kW power N F now a higher total power N F + N L , z. B. 8 kW, namely the power N F for the propulsion of the hybrid vehicle and additionally the superimposed generator power N L for driving the generator operating as an electric machine 4 , For the internal combustion engine 6 then results in the gross engine power N F + N L of 8 kW at 2000 min -1 a specific fuel consumption b e 'of about 305 g / kWh. In 3 the corresponding mean-pressure curve at constant engine power of 8 kW is not shown further, but it is approximately in the lower third between the medium-pressure curve for 6 kW and 11 kW.

Während bei dem rein verbrennungsmotorischen Vortrieb mit der Motorleistung NF von 6 kW also ein Kraftstoffverbrauch pro Stunde von 6 × 360 g = 2160 g Kraftstoff vorliegt, beträgt der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 6 bei gleichzeitigem Antrieb der mit 2 kW generatorisch betriebenen Elektromaschine 4 pro Stunde insgesamt 8 × 305 g = 2440 g Kraftstoff. Der Mehrverbrauch infolge der 2 kW Generatorleistung (Ladeleistung NL) beträgt also 280 g Kraftstoff. Der spezifische Generatorleistungsverbrauch, d. h. der Mehrverbrauch pro erzeugter Kilowattstunde beträgt somit also 140 g/kWh.While in the pure combustion engine propulsion with the engine power N F of 6 kW so a fuel consumption per hour of 6 × 360 g = 2160 g of fuel is present, the fuel consumption of the engine 6 with simultaneous drive of the generator powered by 2 kW electric machine 4 a total of 8 × 305 g = 2,440 g of fuel per hour. The additional consumption due to the 2 kW generator power (charging power N L ) is thus 280 g of fuel. The specific generator power consumption, ie the additional consumption per kilowatt-hour generated, is therefore 140 g / kWh.

Für die Bewertung des Kraftstoffverbrauchs des Gesamtfahrzeugs ist es natürlich nicht nur interessant und wichtig, welcher spezifische Kraftstoffverbrauch zur Erzeugung einer Kilowattstunde Generatorleistung aufgewendet werden muß, sondern auch, wieviel davon beim elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine 4 wieder als Antriebsleistung für das Fahrzeug genutzt werden kann. Eine wesentlich Rolle spielt also die Wirkungsgradkette der elektrischen Funktionskette, d. h. der Gesamtwirkungsgrad ηges der elektrischen Energieerzeugung, -speicherung und Umwandlung in Antriebsenergie. Nachstehende Einzelwirkungsgrade können heute bei Zugrundelegung moderner Bauelemente angenommen werden:

Figure 00110001
For the evaluation of the fuel consumption of the entire vehicle, it is of course not only interesting and important, which specific fuel consumption must be spent to generate a kilowatt-hour of generator power, but also how much of it in the electromotive operation of the electric machine 4 can be used again as a drive power for the vehicle. A key role therefore plays the efficiency chain of the electrical function chain, ie the overall efficiency η ges of electrical energy generation, storage and conversion into drive energy. The following individual efficiencies can be assumed today on the basis of modern components:
Figure 00110001

Ein spezifischer Generatorleistungsverbrauch entsprechend dem obigen Beispiel von z. B. 140 g/kWh, d. h. der spezifische Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 6 zur Erzeugung einer Kilowattstunde Generatorleistung, ergibt somit einen äquivalenten spezifischen Kraftstoffverbrauch von

Figure 00110002
für den rein elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs, d. h. wenn diese generatorisch erzeugte und im Energiespeicher 7 gespeicherte Energie später von der für den Vortrieb des Hybridfahrzeugs elektromotorisch betriebenen Elektromaschine 4 dem Energiespeicher 7 wieder entnommen wird.A specific generator power consumption according to the above example of z. B. 140 g / kWh, ie the specific fuel consumption of the engine 6 to generate a kilowatt-hour of generator power, thus resulting in an equivalent specific fuel consumption of
Figure 00110002
for the purely electromotive propulsion of the hybrid vehicle, that is, when this generator generated and in the energy storage 7 stored energy later from the electromotive for the propulsion of the hybrid vehicle electric machine 4 the energy storage 7 is removed again.

Um hierbei eine positive Energiebilanz zu erhalten, muß somit die Generatorleistung (Ladeleistung NL) derart geregelt werden, daß die Bedingung

Figure 00120001
erfüllt wird.In order to obtain a positive energy balance, thus the generator power (charging power N L ) must be controlled so that the condition
Figure 00120001
is fulfilled.

Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, würde die Überlagerung von generatorischer Leistung (NL) zu einem spezifischen Kraftstoffverbrauch für den (späteren) rein elektromotorischen Vortrieb führen, der mindestens genauso groß ist wie für den rein verbrennungsmotorischen Vortrieb. In diesem Falle wäre es also nicht sinnvoll, den Verbrennungsmotor zusätzlich mit generatorischer Leistung zu belasten; es wäre dann besser, trotz des an sich schlechten spezifischen Kraftstoffverbrauchs rein verbrennungsmotorisch weiterzufahren.If this condition is not met, the superposition of regenerative power (N L ) would lead to a specific fuel consumption for the (later) pure electromotive propulsion, which is at least as great as for the purely internal combustion engine propulsion. In this case, it would therefore not make sense to burden the internal combustion engine with additional generator power; It would then be better, despite the per se bad specific fuel consumption to continue purely internal combustion engine.

Es ist leicht erkennbar, daß für diese Art der Gesamtverbrauchsoptimierung des Hybridfahrzeugs neben der Wahl des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors 6 und der Wahl der eingesteuerten bzw. eingeregelten Generatorleistung (Ladeleistung NL) der Elektromaschine 4 die Wirkungsgradkette, d. h. der Gesamtwirkungsgrad ηges von besonderer Bedeutung ist. Je besser der Gesamtwirkungsgrad für die elektrische Energieumwandlung etc. ist, desto mehr Kraftstoff kann auf diese Weise eingespart werden.It is readily apparent that, in addition to the choice of the operating point of the internal combustion engine, this type of overall fuel consumption optimization of the hybrid vehicle 6 and the choice of the controlled or adjusted generator power (charging power N L ) of the electric machine 4 the efficiency chain, ie the overall efficiency η ges is of particular importance. The better the overall efficiency for the electrical energy conversion, etc., the more fuel can be saved in this way.

Mit einem Hybridfahrzeug kann somit bei bestimmten Einsatzprofilen des Fahrzeugs, wenn es also vergleichsweise häufig in verbrauchsungünstigen unteren Teillastbereichen des Verbrennungsmotors 6 betrieben werden müßte, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sogar im Vergleich zu rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen Kraftstoff gespart werden. With a hybrid vehicle can thus in certain use profiles of the vehicle, so if it comparatively often in fuel-efficient lower part load ranges of the engine 6 should be operated when using the operating method of the invention even compared to purely internal combustion engine driven vehicles fuel saved.

Mit Vorzug wird die Elektromaschine 4 derart geregelt, daß die überlagerte Generatorleistung NL wohl definiert auf einen Wert begrenzt wird, bei dem der mit der Vortriebsleistung NF und zusätzlich mit dem Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4 belastete Verbrennungsmotor 6 einen spezifischen Kraftstoffverbrauch be' erreicht, der zumindest in der Nähe seines spezifischen Kraftstoffverbrauchminimums liegt.With preference the electric machine 4 regulated such that the superimposed generator power N L is defined well limited to a value at which with the propulsive power N F and in addition to the drive of the generator-operated electric machine 4 loaded internal combustion engine 6 achieves a specific fuel consumption b e 'that is at least close to its specific fuel consumption minimum.

Dies kann mit geringem Aufwand in regelungstechnisch einfacher weise dadurch erreicht werden, daß die Elektromaschine 4 derart gesteuert oder geregelt wird, daß die Beziehung NL = K × n – NF erfüllt ist, worin n die Motordrehzahl und K eine dem Hubvolumen H des Verbrennungsmotors proportionale und unter Zuhilfenahme des Motor-Verbrauchkennfelds ermittel- und festlegbare charakteristische Konstante des Verbrennungsmotors 6 ist.This can be achieved with little effort in terms of control technology simple way that the electric machine 4 is controlled or regulated so that the relationship N L = K × n - N F is satisfied, wherein n is the engine speed and K is a the stroke volume H of the engine proportional and under Zuhil Determining the engine fuel consumption map identifiable and definable characteristic constant of the internal combustion engine 6 is.

Dies sei anhand des in 4 dargestellten Kennfelds näher erläutert.This is based on the in 4 illustrated map explained in more detail.

Abweichend von der üblichen Darstellungsweise von Motorkennfeldern ist in 4 der effektive mittlere Verbrennungsdruck Pe als Funktion des spezifischen Kraftstoffverbrauchs be des Verbrennungsmotors dargestellt, mit verschiedenen Motordrehzahlen n als Parameter.Deviating from the usual representation of engine maps is in 4 the effective average combustion pressure P e is shown as a function of the specific fuel consumption b e of the internal combustion engine, with different engine speeds n as parameters.

Es hat sich gezeigt, daß sich bei einer solchen Darstellungsweise sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren unabhängig von deren Zylinderzahl ein Feld sehr eng nebeneinanderliegender, etwa hyperbelförmiger Kennlinien ergibt, so daß es für den vorliegenden zweck i. a. ausreicht, dieses Kennlinienfeld durch eine mittlere hyperbelförmige Kennlinie zu ersetzen, die mathematisch durch die Gleichung Pe = k × be l beschrieben werden kann, worin k und l jeweils charakteristische Konstanten für den jeweils vorliegenden Motortyp sind.It has been shown that in such a representation of both petrol and diesel engines, regardless of their number of cylinders, a field of closely juxtaposed, approximately hyperbolic curves results, so that it is sufficient for the present purpose, this characteristic field by a medium hyperbolic Characteristic to be replaced mathematically by the equation P e = k × b e l where k and l are each characteristic constants for each type of engine present.

Das in 4 dargestellte Motor-Verbrauchkennfeld ist natürlich anhand eines konkreten Verbrennungsmotors erstellt worden, nämlich eines 6-Zylinder-Ottomotors mit einem Hubraum von 2,8 l.This in 4 shown engine consumption map has of course been created using a specific internal combustion engine, namely a 6-cylinder gasoline engine with a displacement of 2.8 l.

Wie sich zeigte, gilt dieses Motor-Verbrauchkennfeld abgesehen von den absoluten Größen jedoch tendentiell für alle Otto- und Dieselmotoren. Es kann also für jeden Verbrennungsmotortyp ein Motor-Verbrauchkennfeld Pe = k × be l erstellt werden, dessen charakteristische Konstanten k und l sich natürlich von Motortyp zu Motortyp voneinander etwas unterscheiden können.As it turned out, however, this engine fuel economy map, apart from the absolute figures, tends to apply to all petrol and diesel engines. Thus, for each type of internal combustion engine, an engine fuel consumption map P e = k × b e l can be created whose characteristic constants k and l can, of course, differ somewhat from one engine type to another.

Wie 4 erkennen läßt, nimmt der spezifische Kraftstoffverbrauch be mit zunehmendem mittleren effektiven Verbrennungsdruck Pe, d. h. also mit zunehmender Motorleistung

Figure 00140001
zunächst kontinuierlich ab. Im oberen Druckbereich oberhalb eines mit P*e bezeichneten mittleren effektiven Verbrennungsdrucks ändert sich dann der spezifische Kraftstoffverbrauch be nicht mehr nennenswert. Der zu diesem mittleren effektiven Verbrennungsdruck gehörige spezifische Kraftstoffverbrauch ist mit be* gekennzeichnet.As 4 reveals the specific fuel consumption b e with increasing mean effective combustion pressure P e , ie, with increasing engine power
Figure 00140001
initially continuously. In the upper pressure range above a mean effective combustion pressure, designated P * e , the specific fuel consumption b e then no longer appreciably changes. The specific fuel consumption associated with this mean effective combustion pressure is indicated by b e *.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in 4 nur beispielhaft willkürlich zwei verschiedene Betriebsfälle angedeutet. Zum einen wurde angenommen, daß das Fahrzeug bei einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 50 km/h (beim im Beispiel verwendeten Motor im 5. Gang mit einer Drehzahl n = 1095 min-1) rein verbrennungsmotorisch fortbewegt wird. Für diesen Vortrieb muß der Verbrennungsmotor eine Leistung NF (50) = 4 kW aufbringen, wobei er einen vergleichsweise hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch be (50) besitzt. Wenn während dieser Fahrphase der Verbrennungsmotor 6 nun zusätzlich zum Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4 herangezogen wird und z. B. eine überlagerte Generatorleistung NL von ebenfalls 4 kW eingesteuert wird, dann muß der Verbrennungsmotor 6 eine Gesamtleistung NF + NL = 8 kW aufbringen, wobei er mit einem wesentlich niedrigeren spezifischen Kraftstoffverbrauch b'e (50) arbeitet. In entsprechender Weise wurde angenommen, daß das Hybridfahrzeug im 5. Gang mit etwa 70 km/h (mit einer Drehzahl n = 1570 min-1) rein verbrennungsmotorisch fortbewegt wird, wozu der Verbrennungsmotor 6 eine Leistung NF (70) = 7,2 kW aufbringen muß. Hier ergibt sich ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be (70). Für dieses Beispiel wurde angenommen, daß der Verbrennungsmotor alternativ zusätzlich mit einer überlagerten Generatorleistung NL = 6 kW belastet wird, also eine Gesamtleistung NF + NL = 13,2 kW aufbringen muß. Wie zu erkennen ist, ergibt sich auch hier eine deutliche Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs auf b'e (70).To illustrate the invention are in 4 only by way of example two different operating cases arbitrarily indicated. On the one hand, it was assumed that the vehicle would be moved at a driving speed of about 50 km / h (in the example engine used in the 5th gear at a speed n = 1095 min -1 ) pure combustion engine. For this propulsion, the internal combustion engine must apply a power N F (50) = 4 kW, where it has a comparatively high specific fuel consumption b e (50). If during this driving phase the internal combustion engine 6 now in addition to the drive of the generator-operated electric machine 4 is used and z. B. a superimposed generator power N L is also controlled by 4 kW, then the internal combustion engine 6 Apply a total power N F + N L = 8 kW, working with a much lower specific fuel consumption b ' e (50). Similarly, it was assumed that the hybrid vehicle in the 5th gear at about 70 km / h (with a speed n = 1570 min -1 ) is moved purely by internal combustion engine, including the internal combustion engine 6 must apply a power N F (70) = 7.2 kW. This results in a specific fuel consumption b e (70). For this example, it was assumed that the internal combustion engine is alternatively additionally loaded with a superimposed generator power N L = 6 kW, that is to say a total power N F + N L = 13.2 kW must be applied. As can be seen, this also results in a significant reduction in specific fuel consumption to b ' e (70).

Es ist anhand des in 4 dargestellten Motor-Verbrauchkennfelds leicht nachzuvollziehen, daß ein optimaler Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs dann erzielt wird, wenn während des hybridischen Betriebs der Verbrennungsmotor 6 bei passenden Situationen jeweils zusätzlich zu der dem Vortrieb dienenden Leistung NF gerade etwa mit einer solchen überlagerten Generatorleistung beaufschlagt wird, daß er in etwa gerade mit dem mittleren effektiven Druck P*e arbeitet, bei dessen Überschreitung der spezifische Kraftstoffverbrauch b'e sich nicht mehr nennenswert verringern würde.It is based on the in 4 illustrated engine consumption map easily understand that an optimal total consumption of the hybrid vehicle is achieved when during hybrid operation of the internal combustion engine 6 in appropriate situations, in each case in addition to the power serving for propulsion N F just about such a superimposed generator power is applied that he works in about straight with the mean effective pressure P * e , when exceeding the specific fuel consumption b ' e no longer would significantly reduce.

Ein optimaler Kraftstoffverbrauch während des hybridischen Fahrbetriebs ergibt sich somit dann, wenn die generatorisch betriebene Elektromaschine derart geregelt wird, daß die überlagerte Generatorleistung NL gerade etwa

Figure 00150001
beträgt.Optimum fuel consumption during the hybrid driving operation thus results when the generator-operated electric machine is controlled such that the superimposed generator power N L just about
Figure 00150001
is.

Da das Hubvolumen H und dieser aus dem Motor-Verbrauchkennfeld Pe = f(be) zu ermittelnde und festzulegende mittlere effektive Verbrennungsdruck P*e für jeden Motortyp bekannte charakteristische konstante Größen darstellen, kann diese Beziehung auch dargestellt werden als NL = K × n – NF,worin K eine für den jeweiligen Motortyp charakteristische Konstante ist.Since the stroke volume H and this average effective combustion pressure P * e to be determined and determined from the engine consumption map P e = f (b e ) represent characteristic constant quantities known for each engine type, this relationship can also be represented as N L = K × n - N F . where K is a constant characteristic of the respective engine type.

Durch die wohl definierte Begrenzung der überlagerten Generatorleistung NL auf einen solchen Wert, bei dem der Verbrennungsmotor 6 gerade etwa mit dem mittleren effektiven Verbrennungsdruck P*e arbeitet, wird erreicht, daß einerseits der spezifische Kraftstoffverbrauch für den mit der Traktionsleistung NF und der überlagerten Generatorleistung beaufschlagten Verbrennungsmotor während dieser zeit so gering wie möglich gehalten wird und andererseits, daß der den Vortrieb des Fahrzeugs besorgende Verbrennungsmotor 6 so lange wie irgend möglich mit dem zu diesem Verbrennungsdruck P*e gehörigen niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch b*e betrieben wird.Due to the well-defined limitation of the superimposed generator power N L to such a value at which the internal combustion engine 6 just about works with the average effective combustion pressure P * e , it is achieved that on the one hand the specific fuel consumption for the acted upon by the traction power N F and the superimposed generator power engine is kept as low as possible during this time and on the other hand, that the propulsion of the Vehicle occupying internal combustion engine 6 as long as possible with the low specific fuel consumption b * e associated with this combustion pressure P * e .

Ohne diese Begrenzung der überlagerten Generatorleistung NL würde der Verbrennungsmotor während dieser Betriebsphase dann zwar auch mit diesem geringen spezifischen Kraftstoffverbrauch oder einem noch geringfügig geringeren betrieben werden, doch nur für eine unter Umständen sehr viel kürzere Betriebszeit, da eine – nicht begrenzte – höhere überlagerte Generatorleistung den elektrochemischen Energiespeicher 7 natürlich unnötiger Weise schneller aufladen würde als die in zuvor erwähnter Weise nach oben begrenzte Generatorleistung.Without this limitation of the superimposed generator power N L , the internal combustion engine would then be operated with this low specific fuel consumption or a slightly lower during this operating phase, but only for a possibly much shorter operating time, as a - not limited - higher superimposed generator power the electrochemical energy storage 7 Of course, charging would be unnecessarily faster than the generator power limited in the aforementioned manner.

Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann ein Hybridfahrzeug nach Bedarf grundsätzlich in drei verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Rein elektromotorisch, wenn es in speziellen Einsatzgebieten auf Emissionsfreiheit und/oder Geräuscharmut ankommt, rein verbrennungsmotorisch, wenn es z. B. bei längeren Überlandfahrten auf höhere Fahrgeschwindigkeiten ankommt und letztlich hybridisch im Sinne der vorliegenden Erfindung, d. h. daß entsprechend den jeweils vorliegenden Fahr- und Betriebsbedingungen sowie den Vorgaben des Fahrzeugführers selbsttätig in den für den Gesamtverbrauch des Fahrzeugs jeweils günstigsten Betrieb umgeschaltet wird, was zeitweise ein rein elektromotorischer Vortrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ein verbrennungsmotorischer Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung sein kann. Ob sich hierbei selbsttätig die eine Betriebsart oder die andere Betriebsart einstellt, hängt u. a. vom Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers 7 ab und außerdem davon, ob der spezifische Kraftstoffverbrauch be des Verbrennungsmotors 6 beim gerade vorliegenden Betriebszustand bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb größer als der in 4 mit b*2 gekennzeichnete, zu P*e gehörige spezifische Kraftstoffverbrauch wäre oder aber gleich bzw. gegebenenfalls auch geringfügig niedriger.As already mentioned, a hybrid vehicle can basically be operated as needed in three different operating modes. Pure electric motor, if it depends on emission-free and / or low noise in special applications, purely internal combustion engine, if it is z. B. at longer cross-country journeys to higher speeds and ultimately hybrid in the context of the present invention, ie that is automatically switched according to the prevailing driving and operating conditions and the specifications of the driver automatically in the for the overall consumption of the vehicle most favorable operation, which at times a purely electromotive propulsion, a purely internal combustion engine propulsion or an internal combustion engine propulsion with superimposed generator power can be. Whether one mode of operation or the other mode of operation automatically occurs depends, inter alia, on the state of charge of the electrochemical energy store 7 and also on whether the specific fuel consumption b e of the internal combustion engine 6 in the current operating state with purely internal combustion engine propulsion greater than in 4 b * 2 , specific fuel consumption associated with P * e would be equal or, if necessary, slightly lower.

Eine für den erfindungsgemäßen Betrieb eines Hybridfahrzeugs erforderliche Steuervorrichtung muß daher u. a. auch eine den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers 7 überwachende und der eigentlichen elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung des Fahrzeugs signalisierende Ladekontrolleinrichtung aufweisen sowie eine Einrichtung zum Ermitteln des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be des Verbrennungsmotors 6 und zum Vergleich dieses augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs mit dem vorerwähnten spezifischen Kraftstoffverbrauch b*e, der ja eine für jeden Motortyp charakteristische bekannte konstante ist. eine solche Einrichtung zum Ermitteln und Vergleichen des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be enthält übliche elektronische Logik- und Vergleichsbausteine sowie elektronische Speichereinrichtungen, in denen in üblicher Weise neben charakteristischen Fahrzeugkonstanten auch das Motorkennfeld entsprechend 3 und/oder das Motor-Verbrauchkennfeld entsprechend 4 des Verbrennungsmotors 6 abgespeichert sind.Therefore, a control device required for the operation according to the invention of a hybrid vehicle must, inter alia, also have the state of charge of the electrochemical energy store 7 have monitoring and the actual electronic control and regulating device of the vehicle signaling charging control device and a device for determining the instantaneous specific fuel consumption b e of the internal combustion engine 6 and comparing this instantaneous specific fuel consumption with the aforementioned specific fuel consumption b * e , which is a known constant characteristic of each type of engine. Such a device for determining and comparing the instantaneous specific fuel consumption b e contains customary electronic logic and comparison components as well as electronic memory devices in which, in addition to characteristic vehicle constants, the engine characteristic field also corresponds in the usual way 3 and / or the engine consumption map accordingly 4 of the internal combustion engine 6 are stored.

Mit Hilfe der Einrichtung zum Ermitteln und Vergleichen des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be würde die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung während der hybridischen Betriebsart entsprechend den unterschiedlichen Betriebsbe dingungen automatisch nachfolgende Betriebsweisen wählen:

  • A. Die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 7 entspricht zumindest annähernd seiner Nennkapazität KAhist ≥ ~ 0,7 × KAhnenn: Bei praktisch vollgeladenem Energiespeicher würde dem Verbrennungsmotor 6 generell keine Generatorleistung überlagert werden. Je nach vorliegender Betriebsbedingung würde ein rein elektromotorischer Vortrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ein gemischter Vortrieb, d. h. ein gleichzeitiger Antrieb durch Verbrennungsmotor und Elektromotor eingestellt werden. Wenn sich bei der vorliegenden Betriebssituation für einen rein verbrennungsmotorischen Vortrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be ergeben würde, der größer, also ungünstiger als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann würde für den Fall, daß die Leistung der vergleichsweise kleinen Elektromaschine 4 für den Vortrieb ausreicht rein elektromotorisch gefahren werden, jedoch für den Fall, daß eine höhere Vortriebsleistung erforderlich ist, rein verbrennungsmotorisch. Wenn sich dagegen bei der vorliegenden Betriebssituation bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be ergeben würde, der gleich oder möglicherweise sogar geringfügig kleiner ist als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e, dann wäre ein gemischter Antrieb sinnvoll, d. h. ein Antrieb durch den Verbrennungsmotor 6 und zusätzlich durch die Elektromaschine 4; durch den (Teil)Antrieb durch die Elektromaschine 4 würde der elektrochemische Energiespeicher 7 nämlich wieder zum Teil entladen werden, wodurch wieder die Voraussetzung geschaffen wird, bei entsprechender Betriebssituation verbrauchsoptimierend mit überlagerter Generatorleistung zu fahren.
  • B. Die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 7 ist erheblich niedriger als ihre Nennkapazität KAhist < ~ 0,7 KAhnenn: Bei teilentladenem elektrochemischen Energiespeicher 7 wird je nach Betriebssituation entweder rein verbrennungsmotorisch oder aber verbrennungsmotorisch mit überlagerter Generatorleistung gefahren, je nach dem was in dieser Situation für den Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs günstiger ist. Wenn der spezifische Kraftstoffverbrauch be bei rein verbrennungsmotorischen Betrieb gleich oder aber sogar geringfügig niedriger als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann wird dem Verbrennungsmotor 6 lediglich die Traktionsleistung abverlangt, d. h. NV = NF worin NV die vom Verbrennungsmotor aufzubringende Gesamtleistung darstellt und NF wie bereits zuvor ausgeführt die vom Verbrennungsmotor für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellende Leistung. Wenn sich jedoch bei rein verbrennungsmotorischem Betrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be ergeben würde, der größer als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann würde der Verbrennungsmotor 6 zusätzlich die in den Generatorbetrieb gesteuerte Elektromaschine 4 antreiben, wobei dann die überlagerte Generatorleistung NL in zuvor beschriebener Weise gesteuert bzw. geregelt wird. Eine für die in diesem Sinne automatische Aussteuerung der überlagerten Generatorleistung NL geeignete elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, die Teil einer für den Betrieb des Hybridfahrzeugs vorgesehenen Gesamtregeleinrichtung ist, ist in 2 prinzipienhaft dargestellt. Diese Steuer- und Regeleinrichtung wird durch eine elektronische Logikbausteine bzw. Logikstufen enthaltende Hybridsteuereinheit 12 gebildet, bei der es sich z. B. um einen bekannten Mikroprozessor handeln kann. Diese Hybridsteuereinheit 12 enthält im Ausführungsbeispiel im wesentlichen als Kern einen Rechenbaustein 13, zwei Vergleichsglieder 14, 15 und ein Addierglied 16.
With the help of the means for determining and comparing the instantaneous specific fuel consumption b e is the electronic control device would during hybridischen mode according to the different conditions ready for operation automatically select the following modes:
  • A. The capacity of the electrochemical energy store 7 corresponds at least approximately to its nominal capacity K Ahist ≥ ~ 0.7 × K Ancestors : With virtually fully charged energy storage would the internal combustion engine 6 generally no generator power are superimposed. Depending on the existing operating condition, a purely electromotive propulsion, a purely internal combustion engine propulsion or a mixed propulsion, ie a simultaneous drive by internal combustion engine and electric motor would be set. If in the present operating situation for a purely internal combustion engine propulsion specific fuel consumption b e would result, which is greater, that is unfavorable than the aforementioned specific fuel consumption b * e , then in the event that the performance of the comparatively small electric machine 4 sufficient for the drive sufficient to be driven by an electric motor, but in the event that a higher propulsive power is required, purely internal combustion engine. If, on the other hand, a specific fuel consumption b e would result in the present operating situation with purely internal combustion engine propulsion, which is equal to or possibly even slightly smaller than the abovementioned specific fuel consumption b * e , then a mixed drive would be meaningful, ie a drive by the internal combustion engine 6 and additionally by the electric machine 4 ; through the (partial) drive through the electric machine 4 would the electrochemical energy storage 7 namely again be partially discharged, which again the condition is created to drive in a corresponding operating situation consumption optimized with superimposed generator power.
  • B. The capacity of the electrochemical energy store 7 is considerably lower than its rated capacity K Ahist <~ 0.7 K Ancestors : With partially discharged electrochemical energy storage 7 Depending on the operating situation, either purely internal combustion engine or internal combustion engine driven with superimposed generator power, depending on what is cheaper in this situation for the total consumption of the hybrid vehicle. If the specific fuel consumption b e in pure internal combustion engine operation is equal to or even slightly lower than the aforementioned specific fuel consumption b * e, then the internal combustion engine 6 demanded only the traction power, ie N V = N F where N V represents the total power to be applied by the engine and N F as already stated before the power to be provided by the internal combustion engine for the propulsion of the vehicle. However, if in pure-engine operation, a specific fuel consumption b e greater than the aforementioned specific fuel consumption b * e would result, then the engine would become 6 in addition, the electric machine controlled in the generator mode 4 drive, in which case the superimposed generator power N L is controlled or regulated in the manner described above. An electronic control and regulating device which is suitable for the automatic control of the superimposed generator power N L in this sense and which is part of an overall control device provided for the operation of the hybrid vehicle is disclosed in US Pat 2 presented in a principled way. This control and regulating device is by a hybrid logic unit containing electronic logic modules or logic stages 12 formed, in which it is z. B. may be a known microprocessor. This hybrid control unit 12 contains in the embodiment essentially as a core a computing block 13 , two comparators 14 . 15 and an adder 16 ,

Durch den Rechenbaustein 13 wird während der Fahrphase, in der der Verbrennungsmotor 6 nicht nur mit der für den Vortrieb des Fahrzeugs erforderlichen Leistung NF, sondern zusätzlich noch mit einer überlagerten Generatorleistung NL zum Antrieb der in den Generatorbetrieb gesteuerten Elektromaschine 4 beaufschlagt wird, zum einen ein Steuer- und Regelsignal ML zur gewünschten optimalen Aussteuerung der Elektromaschine 4 und zum anderen ein Steuer- und Regelsignal zur entsprechenden Aussteuerung des Verbrennungsmotors 6 erzeugt.Through the calculation block 13 is during the driving phase in which the internal combustion engine 6 not only with the required for the propulsion of the vehicle power N F , but additionally with a superimposed generator power N L for driving the controlled in the generator mode electric machine 4 is acted upon, on the one hand a control and regulating signal M L for the desired optimum modulation of the electric machine 4 and on the other hand, a control and regulating signal for the corresponding modulation of the internal combustion engine 6 generated.

Durch die Beziehung ML = K* × P*e – MF(n) ist symbolisiert, daß der Rechenbaustein 13 ein Ausgangs- oder Steuersignal ML erzeugt, durch das die Elektromaschine 4 und der Verbrennungsmotor 6 derart ausgesteuert bzw. geregelt werden, daß für die überlagerte Generatorleistung NL wunschgemäß die zuvor erläuterte Beziehung

Figure 00200001
erfüllt wird.By the relationship M L = K * × P * e - M F (n) is symbolized that the computing block 13 generates an output or control signal M L , through which the electric machine 4 and the internal combustion engine 6 be controlled or regulated such that for the superimposed generator power N L as desired, the previously explained relationship
Figure 00200001
is fulfilled.

Da in der Praxis üblicherweise nicht die Leistung, sondern letztlich das Moment der beiden Maschinen 6, 4 gesteuert bzw. geregelt wird, ist im Rechenbaustein nicht diese Leistungs-Beziehung, sondern die entsprechende Momenten-Beziehung eingetragen.As in practice usually not the power, but ultimately the moment of the two machines 6 . 4 is controlled or regulated, not the power relationship, but the corresponding torque relationship is entered in the computing block.

Die eingetragene Momenten-Beziehung wurde unter Verwendung des mittleren effektiven Verbrennungsdrucks P*e geschrieben, weil die zuvor anhand der 4 vorgenommenen Erläuterungen der Erfindung insbesondere auf diesen Wert abstellte. Genauso gut kann diese Momenten-Beziehung aber auch unter Verwendung des zu P*e gehörigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b*e formuliert werden

Figure 00210001
da ja K*, P*e und k, l und b*e jeweils für jeden Motortyp charakteristische bekannte Konstanten sind.The registered torque relationship was written using the mean effective combustion pressure P * e , because previously described with reference to 4 explained explanations of the invention in particular to this value. But just as well, this moment relationship can also be formulated using the specific fuel consumption b * e associated with P * e
Figure 00210001
since K *, P * e and k, l and b * e are characteristic constants characteristic of each type of motor.

Das vom Rechenbaustein 13 so erzeugte Steuer- und Regelsignal ML bewirkt über ein nur prinzipienhaft angedeutetes elektronisches Stellglied 11 die entsprechende Aussteuerung bzw. -regelung der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4, wobei angedeutet ist, daß der vom Rechenbaustein 13 vorgegebene Sollwert ML im Vergleichsglied 14 mit dem dort zugeführten entsprechenden Istwert der Elektromaschine 4 verglichen wird. Die hierbei auftretende Regelabweichung ist mit M'E bezeichnet.That of the calculation block 13 thus generated control and regulating signal M L causes via an only schematically indicated electronic actuator 11 the corresponding modulation or control of the generator-operated electric machine 4 , wherein it is indicated that the from the computing block 13 predetermined setpoint M L in the comparison element 14 with the corresponding actual value of the electric machine supplied there 4 is compared. The resulting deviation is designated M ' E.

Da der Verbrennungsmotor 6 in dieser Betriebsphase mit überlagerter Generatorleistung nicht nur die für den Vortrieb des Fahrzeugs erforderliche Leistung NF aufbringen bzw. das hierbei zum Kompensieren der Fahrwiderstände erforderliche Motormoment MF(n) erzeugen muß, muß von der Hybridsteuereinheit 12 gleichzeitig auch dafür gesorgt werden, daß der Verbrennungsmotor mit einer entsprechend höheren Gesamtleistung NV = NF + NL betrieben wird bzw. ein entsprechend höheres Gesamtmoment MF(n) + ML erzeugt, obgleich der Fahrzeugführer das Gas- bzw. Fahrpedal 8 an sich ja nur soweit betätigt hat, daß der Verbrennungsmotor mit einer zum Erreichen und Halten der gewünschten Fahrgeschwindigkeit erforderlichen Leistung NF betrieben wird bzw. nur ein entsprechend großes Moment für den Vortrieb MF(n) erzeugt.As the internal combustion engine 6 In this phase of operation with superimposed generator power, not only the power N F required for propulsion of the vehicle, or the motor torque M F (n) required to compensate for the driving resistances, must be generated by the hybrid control unit 12 At the same time, it is also ensured that the internal combustion engine is operated with a correspondingly higher overall output N V = N F + N L or generates a correspondingly higher total torque M F (n) + M L , although the driver controls the gas or accelerator pedal 8th in fact only has operated so far that the internal combustion engine is operated with a required to reach and maintain the desired driving speed power N F or generates only a correspondingly large moment for the propulsion M F (n).

In einem Addierglied 16 der Hybridsteuereinheit 12 wird daher ein für diese Aussteuerung des Verbrennungsmotors 6 erforderli cher Sollwert MF(n) + ML erzeugt, der über ein ebenfalls nur angedeutetes elektronisches Stellglied 10 den Verbrennungsmotor 6 wunschgemäß aussteuert bzw. -regelt, wobei dieser Sollwert MF(n) + ML wiederum in einem Vergleichsglied 15 mit einem entsprechenden Istwert MV des Verbrennungsmotors verglichen wird. Die dabei auftretende Regelabweichung ist mit M'(v) bezeichnet.In an adder 16 the hybrid control unit 12 is therefore one for this modulation of the internal combustion engine 6 Required setpoint M F (n) + M L generated, which also has only indicated by an electronic actuator 10 the internal combustion engine 6 as required, this setpoint M F (n) + M L in turn in a comparison element 15 is compared with a corresponding actual value M V of the internal combustion engine. The resulting deviation is designated M '(v).

Mit 9 ist noch ein elektronischer Logikbausteine bzw. Logikstufen enthaltender elektronischer Betriebsartenschalter angedeutet, der nach den zuvor erläuterten Kriterien auf der Basis abgespeicherter Kennfelder sowie zugeführter Betriebsparameter selbsttätig jeweils die für den jeweiligen Betriebszustand verbrauchsoptimale Betriebsweise, nämlich rein elektromotorischer Vortrieb, rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber verbrennungsmotorischer Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung einschaltet.With 9 is still an electronic logic modules or logic levels containing electronic mode switch indicated, according to the previously explained criteria on the basis of stored maps and supplied operating parameters automatically each for the respective operating state consumption-optimal mode of operation, namely purely electric motor propulsion, pure internal combustion engine propulsion or internal combustion engine propulsion superimposed generator power turns on.

Nur beim verbrennungsmotorischen Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung wird die Hybridsteuereinheit 12 aktiviert.Only in internal combustion engine propulsion with superimposed generator power is the hybrid control unit 12 activated.

Wie in 2 angedeutet ist, wird dagegen vom elektronischen Betriebsartenschalter 9 bei rein elektromotorischem Vortrieb dem Stellglied 11 der Elektromaschine 4 und bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb dem Stellglied 10 des Verbrennungsmotors 6 jeweils direkt ein Steuersignal zugeführt, um die Elektromaschine 4 bzw. den Verbrennungsmotor 6 entsprechend dem vom Fahrzeugführer durch Betätigen des Gas- bzw. Fahrpedals 8 ausgedrückten Wunsch auszusteuern.As in 2 is indicated, however, is the electronic mode switch 9 in pure electromotive propulsion of the actuator 11 the electric machine 4 and with purely internal combustion engine propulsion to the actuator 10 of the internal combustion engine 6 each directly fed a control signal to the electric machine 4 or the internal combustion engine 6 according to the driver by pressing the accelerator or accelerator pedal 8th expressed desire to auszusteuern.

11
Eingangswelle des Kfz-Wechselgetriebesinput shaft of the vehicle gearbox
22
Kfz-WechselgetriebeCar change gear
33
erste schaltbare Trennkupplungfirst switchable disconnect clutch
44
Elektromaschineelectric machine
55
zweite schaltbare Trennkupplungsecond switchable disconnect clutch
66
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
77
elektrochemischer Energiespeicher (Antriebsbatterie)electrochemical Energy storage (drive battery)
88th
Fahrpedalaccelerator
99
elektronischer Betriebsartenschalterelectronic Mode switch
1010
Stellglied für den Verbrennungsmotoractuator for the internal combustion engine
1111
Stellglied für die Elektromaschineactuator for the electric machine
1212
Hybridsteuereinheit, z. B. MikroprozessorHybrid control unit z. B. microprocessor
1313
Rechenbausteincomputing chip
1414
Vergleichsgliedcomparator
1515
Vergleichsgliedcomparator
1616
Addiergliedadder
NFNF
Fahr- oder Vortriebsleistung des Verbrennungsmotorsdriving or propulsive power of the internal combustion engine
NLNL
"überlagerte" Generatorleistung, d. h. die für den"superimposed" generator power, d. H. the for the
Generatorantrieb aufgebrachte Leistung des Verbrennungsgenerator drive applied power of combustion
motorsmotors
be b e
spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotorsspecific Fuel consumption of the internal combustion engine
bei reinem Vortriebat pure propulsion
be'b e '
spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotorsspecific Fuel consumption of the internal combustion engine
bei zusätzlichem Antrieb der generatorisch betriebenenat additional Drive of regeneratively operated
Elektromaschineelectric machine
be*b e *
ein auf der Basis des Motor-Verbrauchkennfelds vorgeone on the basis of the engine consumption map
gebener bestimmter Wert des spezifischen Kraftstoffspecified specific value of the specific fuel
verbrauchsconsumption
ηges η ges
Gesamtwirkungsgrad für die elektrische Energieerzeugung,Overall efficiency for the electrical energy production,
-speicherung und Rückwandlung in Antriebsenergie-storage and reconversion in drive energy

Claims (5)

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (6) und einer Elektromaschine (4), die als aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (Antriebsbatterie 7) speisbarer Motor oder als vom Verbrennungsmotor (6) antreibbarer, den Energiespeicher (7) aufladender Generator betreibbar ist, wobei der Vortrieb des Hybridfahrzeugs entweder allein durch den Verbrennungsmotor (6), allein durch die als Motor betriebene Elektromaschine (4) oder aber gleichzeitig durch beide erfolgt und wobei der Verbrennungsmotor (6) während des Vortriebs des Fahrzeugs zeitweise gleichzeitig auch die als Generator betriebene Elektromaschine (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (6) in Fahrphasen, in denen sein spezifischer Kraftstoffverbrauch hoch ist, dann, wenn der elektrochemische Energiespeicher (7) zumindest teilentladen ist, zusätzlich mit der generatorisch betriebenen Elektromaschine (4) belastet wird, und dass die Elektromaschine (4) dabei derart geregelt wird, dass die Beziehung
Figure 00240001
eingehalten wird, worin NF die Fahr- bzw. Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors, NL die „überlagerte" Generatorleistung, d.h. die zum Antrieb der als Generator betriebenen Elektromaschine zusätzlich aufgebrachte Leistung des Verbrennungsmotors, ηges den Gesamtwirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung, -speicherung und Rückwandlung in Antriebsenergie, be den spezifischen Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors bei reinem Vortrieb, also ohne zusätzliche Generatorbelastung und be' den spezifischen Kraftstoffverbrauch des zusätzlich mit dem Generatorantrieb belasteten Verbrennungsmotors bedeuten.
Method for operating a hybrid vehicle with an internal combustion engine ( 6 ) and an electric machine ( 4 ), which as a rechargeable electrochemical energy storage (drive battery 7 ) or as an internal combustion engine ( 6 ) drivable, the energy storage ( 7 ) is driving, the propulsion of the hybrid vehicle either alone by the internal combustion engine ( 6 ), solely by the electric motor operated as a motor ( 4 ) or at the same time by both and whereby the internal combustion engine ( 6 ) during the propulsion of the vehicle at times simultaneously also operated as a generator electric machine ( 4 ), characterized in that the internal combustion engine ( 6 ) in driving phases in which its specific fuel consumption is high, when the electrochemical energy store ( 7 ) is at least partially discharged, in addition to the generator-operated electric machine ( 4 ) and that the electric machine ( 4 ) is regulated in such a way that the relationship
Figure 00240001
is maintained, wherein N F driving or propulsion power of the engine, N L the "superimposed" generator power, ie the power to drive the electric machine operated as a generator additionally applied power of the engine, η ges the overall efficiency of electrical energy production, storage and reconversion in drive energy, b e the specific fuel consumption of the internal combustion engine with pure propulsion, ie without additional generator load and b e 'the specific fuel consumption of additionally loaded with the generator drive Verbrennungsmo gate mean.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (4) derart geregelt wird, dass die überlagerte Generatorleistung NL auf einen Wert begrenzt wird, bei dem der mit der Vortriebsleistung NF und zusätzlich mit dem Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine (4) belastete Verbrennungsmotor (6) einen spezifischen Kraftstoffverbrauch (be') erreicht, der zumindest in der Nähe seines spezifischen Kraftstoffverbrauchminimums liegt.Method according to claim 1, characterized in that the electric machine ( 4 ) is regulated such that the superimposed generator power N L is limited to a value at which the with the propulsive power N F and in addition to the drive of the regenerative electric machine ( 4 ) loaded internal combustion engine ( 6 ) reaches a specific fuel consumption (b e ') which is at least near its specific fuel consumption minimum. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (4) derart geregelt wird, dass die Beziehung NL = K·n – NF erfüllt ist, worin NL die überlagerte Generatorleistung NF die Fahr- oder Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors, n die Motordrehzahl und K eine dem Hubvolumen des Verbrennungsmotors proportionale sowie auf der Basis des Motor-Verbrauchkennfelds ermittel- und festlegbare charakteristische Konstante des Verbrennungsmotors ist.Method according to claim 2, characterized in that the electric machine ( 4 ) is regulated in such a way that the relationship N L = K · n - N F is satisfied, wherein N L is the superimposed generator power N F driving or propulsion power of the engine, n is the engine speed and K is a the stroke volume of the engine proportional as well as on the basis of the engine fuel consumption map determined and definable characteristic constant of the engine. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Otto- oder Dieselmotor ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the internal combustion engine is a gasoline or diesel engine. Vorrichtung zum Durchführen der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, enthaltend eine den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers (7) überwachende Ladekontrolleinrichtung, eine elektronische Speichereinrichtung zum Speichern des Motorkennfelds und des Motor-Verbrauchkennfelds sowie charakteristischer Fahrzeugdaten, eine elektronische Logik- und Rechenbausteine enthaltende Einrichtung zum Ermitteln des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be des nicht generatorisch belasteten Verbrennungsmotors (6) und Vergleich dieses Wertes mit einem auf der Basis des abgespeicherten Motor-Verbrauchkennfelds Pe = f(be) ermittelten bzw. festgelegten verbrauchsgünstigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b*e, einen elektronischen Betriebsartenschalter (9), der auf der Basis des Vergleichs des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be mit dem festgelegten verbrauchsgünstigen spezifischen Kraftstoffverbrauch b*e sowie dem von der Ladekontrolleinrichtung ermittelten Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers (7) selbsttätig die beim vorliegenden Betriebszustand für den Gesamtverbrauch jeweils günstigste Betriebsweise des Hybridfahrzeugs, d.h. den rein elektromotorischen Vortrieb, den rein verbrennungsmotorischen Vortrieb oder den verbrennungsmotorischen Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung NL auswählt, eine elektronische Rechenbausteine (13), Vergleichsglieder (14, 15) und Addierglieder (16) enthaltende Hybridsteuereinheit (12), die während der durch den elektronischen Betriebsartenschalter (9) ausgewählten hybridischen Betriebsart mit verbrennungsmotorischem Vortrieb und überlagerter Generatorleistung NL einerseits nach Maßgabe einer im Rechenbaustein (13) abgespeicherten Momenten-Beziehung ML = K*·P*e – MF(n) oder einer entsprechenden Leistungs-Beziehung einen auf den momentanen Fahrzustand und den angestrebten optimalen Gesamtverbrauch abgestimmten Sollwert ML zur Steuerung und Regelung der Elektromaschine (4) und andererseits einen darauf abgestimmten Sollwert ML + MF(n) für den Verbrennungsmotor (6) erzeugt.Device for carrying out the method according to claims 1 to 4, comprising a state of charge of the electrochemical energy store ( 7 ) monitoring charging control device, an electronic storage device for storing the engine map and the engine consumption map and characteristic vehicle data, a device containing electronic logic and computing devices for determining the instantaneous specific fuel consumption b e of the non-regenerative combustion engine ( 6 ) and comparing this value with a fuel-efficient specific fuel consumption b * e determined or determined on the basis of the stored engine fuel consumption map P e = f (b e ), an electronic operating mode switch ( 9 ) based on the comparison of the instantaneous specific fuel consumption b e with the specified fuel consumption specific fuel consumption b * e and the charge state of the electrochemical energy storage device determined by the charge control device ( 7 ) automatically in the present operating state for the total consumption respectively most favorable mode of operation of the hybrid vehicle, ie the purely electromotive propulsion, the pure internal combustion engine propulsion or internal combustion engine propulsion with superimposed generator power N L selects an electronic computing modules ( 13 ), Comparison members ( 14 . 15 ) and adders ( 16 ) hybrid control unit ( 12 ), which, during the operation of the electronic mode switch ( 9 ) selected hybrid mode with internal combustion engine propulsion and superimposed generator power N L on the one hand in accordance with a in the computing module ( 13 ) stored torque relationship M L = K * · P * e - M F (n) or a corresponding power relationship tuned to the current driving condition and the desired optimal total consumption target value M L for controlling and regulating the electric machine ( 4 ) and, on the other hand, a setpoint value M L + M F (n) for the internal combustion engine ( 6 ) generated.
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