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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Kraftfahrzeugs
mit einer Brennkraftmaschine und mindestens einer elektrischen Maschine,
wobei beim Übergang
von einem ersten Betriebszustand mit einem ersten Antriebsmoment
in einen zweiten Betriebszustand mit einem niedrigeren zweiten Antriebsmoment
vor dem Umschalten in den zweiten Betriebszustand ein Antriebsmoment
der Brennkraftmaschine über
einen Abbau einer Zylinderfüllung
und/oder ein Schließen
einer Drosselklappe verringert wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Um
einen möglichst
hohen Fahrkomfort bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren zu erreichen, ist
es insbesondere bei instationären
Betriebsphasen notwendig, keine Drehmomentsprünge im Antriebsstrang zu erzeugen,
da diese ein Fahrzeugruckeln bzw. eine Schwingung im Antriebsstrang
erzeugen können,
was vom Fahrer als sehr unangenehm empfunden wird. So werden bei
heutigen Steuerungen von Verbrennungsmotoren zum Teil sehr umfangreiche
Funktionen implementiert, die gewährleisten sollen, dass solche
Momentensprünge
vermieden werden.
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Ein
bei einem Verbrennungsmotor bekanntes Problem sind Ruckelschwingungen
beim Übergang
aus dem gefeuerten Betrieb in den ungefeuerten Betrieb (Schubabschaltung).
Hierbei kann die Kraftstoffeinspritzung bzw. ggf. auch die Zündung nicht
schlagartig abgestellt werden, falls durch den Fahrer ausgehend
von einer Momentenanforderung (Gaspedal teilweise oder voll durchgetreten)
auf das Motorschleppmoment (Schubabschaltung bzw. Gaspedal in Stellung
gleich null Prozent) gewechselt wird. Der aus der Differenz zwischen
dem Motormoment bei gefeuertem Betrieb und dem Motorschleppmoment
resultierende Momentensprung nimmt bei höherem Antriebsmoment vor der
Schubabschaltung zu.
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Um
diesen Momentensprung zu verringern, wird in heute ausgeführten Motorsteuerungen
in der Regel eine Dashpot-Funktion implementiert, die durch einen
allmählichen
Momentenabbau bei gefeuertem Motor entsprechend einem vorgebbaren
zeitlichen Verlauf, beispielsweise durch Zylinderfüllungsabbau
(Schließen
der Drosselklappe, Ottomotor direkt oder indirekt einspritzend bei
Homogenbetrieb) und/oder Verringerung der Einspritzmasse (direkteinspritzender
Ottomotor im Schichtbetrieb oder Dieselmotor) zunächst das
Moment auf den minimal möglichen
Wert absenkt wird, um dann von einem möglichst geringen Moment bei
gefeuertem Betrieb in die Schubabschaltung zu wechseln.
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Da
die Entlastung des Gaspedals durch den Fahrer in den meisten Fahrzuständen sehr
schnell vollzogen wird, wird vom Fahrer auch ein entsprechend schneller
Momentenabbau erwartet. Während bei
einer Regulierung des Momentes über
die Einspritzmasse ein rascher Momentenabbau möglich ist, da die Einspritzmasse
von einem zum nächsten Arbeitszyklus
verändert
werden kann, erfordert der Momentenabbau über den Füllungspfad eine größere Zeitspanne
(langsamer Pfad), da auch bei den heute eingesetzten elektronischen
Drosselklappen nur endliche Verstellgeschwindigkeiten erreicht werden
und zu dem auch das zwischen Drosselklappe und Einlassventil befindliche
Saugrohrvolumen evakuiert werden muss. Aus diesem Grund wird bei
Ottomotoren im Homogenbetrieb häufig
parallel zum Füllungsabbau
mit Zündwinkeleingriffen
gearbeitet (schneller Pfad), um das Antriebsmoment entsprechend
dem vorgegebenen Sollverlauf (Dashpot-Funktion) abbauen zu können. Diese
Zündwinkelverspätungen haben
jedoch einen Kraftstoffverbrauchsnachteil zur Folge, da die wirkungsgradoptimalen
Betriebspunkte verlassen werden.
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Das
minimal darstellbare Moment im gefeuerten Betrieb (während des
Dashpot-Ablaufes und unmittelbar vor der Schubabschaltung) wird
bei einem homogen betriebenen Ottomotor in der Regel durch die minimal
zulässige
Füllung
in Kombination mit dem zugehörigen
spätest
möglichen
Zündwinkel bestimmt.
Werden geringere Zylinderfüllungen
eingestellt und/oder der Zündwinkel
weiter verspätet, wird
die Brenngrenze unterschritten, das heißt die Verbrennung im Zylinder
läuft dann
nur noch unzureichend bzw. überhaupt
nicht mehr ab. Wird bei einem direkteinspritzenden Ottomotor im
Schichtbetrieb (oder auch beim Dieselmotor) das Moment über die Einspritzmasse
verringert, ergibt sich die Grenze hierbei entweder durch die minimal
mögliche
Einspritzmasse der Injektoren, da bei Magnetventil-Injektoren zu
kurze Ansteuerdauern in der Regel dazu führen, dass die Düsennadel
nicht mehr den Endanschlag erreicht, was zu undefinierten Düsennadelpositionen
und damit undefinierten Einspritzmassen führt, oder durch ein maximal
zulässiges
Verbrennungsluftverhältnis
(Entflammungsgrenze) bestimmt. Prinzipbedingt bleibt somit stets
ein restlicher Momentensprung bestehen.
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Aufgrund
des Momentenabbaus über
die Füllung
und die Begrenzung der Zündwinkelspätverstellung
ergeben sich insbesondere beim homogen betriebenen Ottomotor Nachteile
selbst bei Ausführung
der Dashpot-Funktion.
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Aus
der
DE 198 39 315
A1 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem
Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einer Einrichtung
zur Schubabschaltung des Verbrennungsmotors bekannt, wobei die elektrische
Maschine den Verbrennungsmotor mit einem Drehmoment derart beaufschlagt,
dass eine ruckvermindernde Wirkung herbeigeführt wird. Für eine Verminderung des durch
ein Beenden der Schubabschaltung verursachten Beschleunigungsruckes
wird die elektrische Maschine mit Hilfe des Aktivierungs- und Deaktivierungssignals
der Schubabschaltung gesteuert. Auf diese Weise kann die elektrische
Maschine dem anstehenden Beschleunigungsruck vorzeitig entgegenwirken,
noch bevor dieser für
die Fahrzeuginsassen bemerkbar wird oder möglicherweise zu Lastwechselschwingungen
führt.
Zur Ruckvermeidung kann die elektrische Maschine vorteilhaft als
Motor und als Generator wirken, je nachdem ob der zu dämpfende Ruck
von der Aktivierung oder der Deaktivierung der Schubabschaltung
herrührt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten
Art mit verbesserter Dashpot-Funktion zur Verfügung zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren
Ansprüchen
beschrieben.
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Dazu
ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass während
der Verringerung des Antriebsmomentes mittels des Abbaus der Zylinderfüllung und/oder
Schließens
der Drosselklappe ein Zündwinkel
in Abhängigkeit
von der momentanen Zylinderfüllung
und/oder in Abhängigkeit
von der momentanen Stellung der Drosselklappe auf einen Wert eingestellt
wird, welcher für diese
momentane Zylinderfüllung
und/oder für
diese momentane Stellung der Drosselklappe einen optimalen bzw.
näherungsweise
optimalen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ergibt, wobei zusätzlich das
Antriebsmoment über
ein dem Antriebsmoment entgegen gesetzt wirkendes Gegenmoment mindestens
einer der elektrischen Maschinen verringert wird.
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Dies
hat den Vorteil, dass der schnelle jedoch verbrauchs-, schadstoff-
und für
Katalysatoren alterungsungünstige
Eingriff über
den Zündwinkel zum
Verringern des Antriebsmomentes der Brennkraftmaschine durch einen
Eingriff mittels der elektrischen Maschine ersetzt ist, so dass
mittels der elektrischen Maschine eine stufenlose Einstellung des Momentes
(positiv wie negativ) während
der Verringerung des Antriebsmomentes, beispielsweise für eine Schubabschaltung,
im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine mit sehr hoher
Dynamik möglich
ist. Dies erzielt eine Optimierung des Fahrverhaltens beispielsweise
bei Umschaltung in den Schubbetrieb, Betrieb mit minimalem Antriebsmoment
oder automatisierter Umschaltung eines Getriebes mit verringertem
Kraftstoffverbrauch und verringerter Katalysatoralterung.
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Zweckmäßigerweise
wird mindestens eine der elektrischen Maschinen zum Verringern des
Antriebsmomentes generatorisch betrieben, wobei eine dadurch erzeugte
elektrische Energie in einem Energiespeicher, wie beispielsweise
einem Batteriespeicher oder einem Kondensatorspeicher, gespeichert wird.
Dadurch kann diese elektrische Energie im weiteren Verlauf der Fahrt
für eine
elektromotorische Antriebsunterstützung oder die Versorgung des
Fahrzeugbordnetzes genutzt werden. Hierdurch wird zumindest ein
Teil der sonst durch Zündwinkelspätverstellung
in vielen Betriebsphasen ohne Nutzen in Abgas- bzw. Kühlmittelwärme umgewandelte
Energie genutzt, was den Gesamtwirkungsgrad erhöht.
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Beispielsweise
ist der erste Betriebszustand ein gefeuerter Betrieb, der zweite
Betriebszustand ein ungefeuerter Betrieb und das zweite Antriebsmoment
ein Motorschleppmoment. Hierbei wird eine Befeuerung der Brennkraftmaschine
unterbrochen und in einen ungefeuerten Betrieb übergegangen, wenn die Zylinderfüllung bei
zumindest nahezu wirkungsgradoptimalem Zündwinkel die Brenngrenze erreicht. Bevorzugt
werden dabei unmittelbar vor dem Übergang in den ungefeuerten
Betrieb die Zylinderfüllung und
der Zündwinkel
auf jeweilige Werte mit größerem Abstand
zur Brenngrenze gestellt. Beispielsweise wird unmittelbar vor dem Übergang
in den ungefeuerten Betrieb die Zylinderfüllung ausgehend von einem Wert
an der Brenngrenze um 0,5% bis 6%, insbesondere 1 % bis 3%, erhöht und/oder
unmittelbar vor dem Übergang
in den ungefeuerten Betrieb der Zündwinkel ausgehend von einem
Wert an der Brenngrenze um mindestens 3°KW, insbesondere mindestens
6°KW nach
früh verstellt.
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Einen Übergang
in den ungefeuerten Betrieb ohne Momentensprung mit entsprechend
erhöhtem Fahrkomfort
erzielt man dadurch, dass nach dem Übergang in den ungefeuerten
Betrieb mindestens eine der elektrischen Maschinen ein antreibendes Moment
derart in einem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine erzeugt, dass
ein zeitlicher Verlauf des Antriebsmomentes vom momentanen Antriebsmoment
zum Zeitpunkt der Umschaltung in den ungefeuerten Betrieb bis zu
einem Motorschleppmoment im ungefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine
stufenlos verläuft.
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Alternativ
ist der erste Betriebszustand eine Fahrt mit einer ersten Getriebeübersetzung
und der zweite Betriebszustand eine Fahrt mit einer zweiten, von
der ersten Getriebeübersetzung
unterschiedlichen Getriebeübersetzung.
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Um
einen möglichst
ruckfreien Übergang
in den zweiten Betriebszustand zu erhalten, wird beim Übergang
in den zweiten Betriebszustand für
eine vorbestimmte Zeitdauer von beispielsweise 10 ms bis 100 ms
das Antriebsmoment über
einen Zündwinkeleingriff
verringert wird.
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Zweckmäßigerweise
ist zur Verringerung des Antriebsmoment über die Zeit ein Drehmoment-Sollverlauf über die
Zeit vorbestimmt und erzeugt die elektrische Maschine während der
Verringerung des Antriebsmomentes ein derartiges Gegenmoment, dass
ein Ist-Verlauf des Antriebsmomentes über die Zeit dem Drehmoment-Sollverlauf
folgt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in der einzigen Fig. eine graphische Darstellung des zeitlichen
Verlaufes von Gaspedalstellung, Zylinderfüllung, Zündwinkel, Moment, welches von
einer elektrischen Maschine aufgebracht wird, und gesamtes Antriebsmoment
im Antriebsstrang.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit Brennkraftmaschine und beispielhaft
einer angekoppelten elektrischen Maschine ist in der einzigen Fig.
graphisch veranschaulicht. In der einzigen Fig. ist auf einer vertikalen Achse
bei 10 ein Winkel einer Pedalstellung in Prozent [%], bei 12 eine
relative Zylinderfüllung
in Prozent [%] (aktueller Wert bezogen auf die maximal mögliche Zylinderfüllung),
bei 14 ein Zylinderwinkel in Grad Kurbelwinkel [°KW], bei 16 ein
von der elektrischen Maschine im Antriebsstrang erzeugtes Moment
in Newton-Meter [Nm] und bei 18 ein gesamtes Antriebsmoment
im Antriebsstrang in Newton-Meter [Nm] aufgetragen. Ein Pfeil 20 kennzeichnet
eine Verstellung des Zündwinkels 14 nach
früh und
ein Pfeil 22 kennzeichnet eine Verstellung des Zündwinkels 14 nach
spät.
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Auf
einer horizontalen Achse 24 ist die Zeit aufgetragen. Ein
Graph 26 veranschaulicht den Verlauf der Pedalstellung 10 über die
Zeit 24, ein Graph 28 veranschaulicht den Verlauf
der relativen Zylinderfüllung 12 über die
Zeit 24, ein Graph 30 veranschaulicht den Verlauf
des Zündwinkels 14 über die
Zeit 24, ein Graph 32 veranschaulicht den Verlauf
des Momentes 16 der elektrischen Maschine über die
Zeit 24 und ein Graph 34 veranschaulicht den Verlauf
des gesamten Antriebsmomentes 18 über die Zeit 24.
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Zum
Zeitpunkt t1 36 wird eine Schubabschaltung,
d.h. ein ungefeuerter Betrieb der Brennkraftmaschine, aufgrund der
Pedalstellung 0 % angefordert und es folgt die Verringerung des
Antriebsmomentes 18 gemäß Graph 34 (Dashpot-Funktion).
Zum Zeitpunkt t2 38 erfolgt dann
die Schubabschaltung beispielsweise dadurch, dass die Kraftstoffzufuhr
an die Brennkraftmaschine unterbrochen wird. Neben dem Graphen 30,
der den zeitlichen Verlauf der Zündwinkels 14 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht,
ist zusätzlich
zum Vergleich mit gestrichelter Linie 40 ein zeitlicher
Verlauf des Zündwinkels 14 gemäß einem
im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Abbau des Antriebsdrehmomentes 18 dargestellt.
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Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass bei einem Abbau des Antriebsmomentes 18 gemäß eines
vorbestimmten zeitlichen Verlaufes, wie mit Graph 34 veranschaulicht,
welcher auch als "Dashpot-Funktion" bezeichnet wird,
das Antriebsmoment 18 zunächst ähnlich wie bisher über den
Abbau der Zylinderfüllung 12 (Graph 28)
beziehungsweise das Schließen
der Drosselklappe (nicht dargestellt) zu verringern. Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine
weitere Anpassung des Ist-Drehmomentes an den Sollverlauf 34 über Drehmomenteingriffe
der elektrischen Maschine vorgesehen, wobei im Zeitraum von t1 36 bis t2 38 der
Zündwinkel 14 (Graph 30)
für die
Brennkraftmaschine in jedem Betriebspunkt, d. h. insbesondere bei
jeder Einstellung der Zylinderfüllung bzw.
der Drosselklappe, wirkungsgradoptimal bzw. näherungsweise wirkungsgradoptimal
eingestellt wird.
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Mit
anderen Worten wird der mit der gestrichelten Linie 40 dargestellte
herkömmliche
Eingriff über
den Zündwinkel 14,
welcher zur schnellen Verringerung des Antriebsmomentes dient, durch
den Eingriff der elektrischen Maschine mit einem negativen Antriebsmoment
(Gegenmoment) im Zeitraum von t1 36 bis
t2 38 ersetzt. Nach dem Zeitpunkt
t1 36, d. h. unmittelbar nach der
Anforderung des Schubbetriebes erzeugt die elektrische Maschine
ein negatives Antriebsmoment gemäß Graph 32,
während
die Zylinderfüllung 12 gemäß Graph 28 langsam
abgebaut wird. Gleichzeitig wird gemäß Graph 30 der Zündwinkel 14 auf
einem für
die jeweilige Zylinderfüllung 12 wirkungsgradoptimalen
Niveau gehalten, d.h. der Zündwinkel 14 wird
mit zunehmendem Abbau der Zylinderfüllung 12 nach früh verstellt
(Pfeil 20). Dies erfolgt im Gegensatz zum herkömmlichen
Abbau des Antriebsmomentes 18, bei dem der Zündwinkel 14 stark
nach spät
(Pfeil 22) verstellt wird, was mit gestrichelter Linie 40 zum
Vergleich veranschaulicht ist. Durch diese Kombination des Eingriffes
in die Zylinderfüllung 12 mit
dem negativen bzw. Gegenmoment der elektrischen Maschine gemäß Graph 32 wird
erreicht, dass das gesamte Antriebsmoment 18 im Zeitraum
t1 36 bis t2 38 gemäß der vorbestimmten
Dashpot-Funktion 34 abgebaut wird.
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Nach
dem Zeitpunkt t2 38, d. h. also
nach dem Beginn der Schubabschaltung, hat die Dashpot-Funktion 34 noch
einen Wert für
das gesamte Antriebsmoment 18, welcher höher ist
als ein Wert eines Motorschleppmomentes 42, so dass es
bei dem herkömmlichen
Verfahren der Schubabschaltung bei 44 zu einem Momentensprung
kommt. Erfindungsgemäß ist es
zusätzlich
optional vorgesehen, dass die elektrische Maschine unmittelbar nach
dem Zeitpunkt t2 38 ein positives,
mit der Zeit sich verringerndes Antriebsmoment erzeugt, so dass
ein stufenloser Übergang
von dem gesamten Antriebsmoment 18 zum Zeitpunkt t2 38 auf das Motorschleppmoment 42 erzielt
wird.
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Die
durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine im Zeitraum
zwischen t1 36 und t2 38 erzeugte
elektrische Energie wird vorzugsweise (mit den entsprechenden Wirkungsgraden)
in einem elektrischen Energiespeicher eingespeichert und kann anschließend im
weiteren Verlauf der Fahrt für
eine elektromotorische Antriebsunterstützung oder die Versorgung des
Fahrzeug-Bordnetzes genutzt werden. Der elektrische Energiespeicher
ist dabei beispielsweise ein Batteriespeicher und/oder ein Kondensatorspeicher.
Dadurch wird zumindest ein Teil der sonst durch die Spätverstellung
des Zündwinkels 14 in
vielen Betriebsphasen nutzlos im Abgaswärme bzw. Kühlmittelwärme umgewandelte Energie genutzt,
was den Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems erhöht. Dieser
Energieumwandlungsprozess während
des generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine dauert typischerweise
nur für
200 ms bis 800 ms an, so dass sich für die Nutzung der erzeugten
elektrischen Energie ein Kondensatorspeicher anbietet, da dieser
die elektrische Energie mit guten Wirkungsgraden und in diesen kurzen
Phasen auch mit hohen Leistungen einspeichern kann, so dass das
durch die elektrische Maschine realisierbare generatorische Moment
bzw. Gegenmoment nicht durch die Leistungsfähigkeit des Energiespeichers begrenzt
wird.
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Ist
der bzw. sind die Energiespeicher ausnahmsweise zu 100 % geladen,
kann weiterhin auf die konventionellen Verfahren für den Momentenabbau
zurückgegriffen
werden. Andererseits kann für diese
kurzzeitigen Vorgänge
auch stets eine kleine Einspeicherreserve vorgehalten werden, ohne
dass sich die Leistungsfähigkeit
des Gesamtsystems dadurch nennenswert ändert.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann auch der Momentenabbau bis auf das Motorschleppmoment 42 mittels
der elektrischen Maschine erfolgen, wie zuvor erläutert und
in der einzigen Fig. in Kreis 46 dargestellt, so dass ein Übergang
vom gefeuerten in den ungefeuerten Betrieb zum Zeitpunkt t2 38 kein Momentensprung mehr erfolgt,
was den Fahrkomfort im Vergleich zum heutigen Stand, gegebenenfalls
auch bei direkteinspritzenden Ottomotoren im Schichtladebetrieb
bzw. bei Dieselmotoren, weiter verbessert. Der Zeitpunkt t2 38, bei dem die Befeuerung der Brennkraftmaschine
unterbrochen wird, entspricht demjenigen Zeitpunkt, bei dem die
Zylinderfüllung 12 bei
(zumindest nahezu) optimalem Zündwinkel
die Brenngrenze erreicht. An dieser Stelle 38 wechselt die
elektrische Maschine von einem negativen generatorischen zu einem
positiven (motorischen) Moment. Um hierbei zum Zeitpunkt t2 38 einen ruckelfreien Übergang
zu gestalten, ist es optional vorgesehen, nur hier eine sehr kurze Übergangsphase
von beispielsweise 10 ms bis 100 ms auszuführen, innerhalb derer Zündwinkeleingriffe
abweichend von wirkungsgradoptimalen Werten erlaubt werden, um das verbrennungsmotorische
Moment 18 gemäß Graph 34 abzusteuern
und das elektromotorische Moment gemäß Graph 32 aufzusteuern.
Bei dieser Vorgehensweise kann der Drehmoment-Sollverlauf 34 auch so angepasst
werden, dass die gesamte Dashpot-Funktion 34 in derselben
Zeit wie beim konventionellen Verfahren abläuft.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden
Zylinderfüllung 12 und Zündwinkel 14 unmittelbar
vor dem Übergang
in die Schubabschaltung zum Zeitpunkt t2 38 auf
Werte eingestellt, die einen größeren Abstand
zur Brenngrenze eines homogen betriebenen Ottomotors aufweisen.
Beispielsweise wird die relative Zylinderfüllung 12 um 0,5 bis
6 Prozent, vorzugsweise um 1 bis 3 Prozent erhöht und/oder – falls
der Zündwinkel
hier nach spät
verstellt wird – der
Zündwinkel
um mindestens 3 Grad Kurbelwinkel, vorzugsweise um mindestens 6
Grad Kurbelwinkel nach früh
verstellt (jeweils gegenüber
der heutigen serienmäßig ausgeführten Bedatung
bzw. ausgehend vom spätest
möglichen Zündwinkel
unmittelbar vor dem Zeitpunkt t2 38). Hierdurch
wird sichergestellt, dass auch bei ungünstigen Randbedingungen, beispielsweise
Ungenauigkeiten bei der Luft- und Kraftstoffzumessung bzw. daraus
möglicherweise
resultierenden Luftverhältnisabweichungen,
eine nahezu vollständige
Verbrennung im Zylinder abläuft,
so dass ein nachgeschaltetes Katalysatorsystem, beispielsweise bestehend aus
einem oder mehreren Katalysatoren, insbesondere auch Vorkatalysator
plus nachgeschaltetem NOx Speicherkatalysator,
in diesen instationären Phasen
keine zusätzliche
Belastung durch unverbrannte Kraftstoffanteile erfährt. Gleichzeitig
bewirkt ein früherer
Zündzeitpunkt
ein Absinken der Abgas- bzw. Katalysatortemperatur, so dass insgesamt
eine verringerte Alterung des Abgasnachbehandlungssystems erreicht
wird.
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Die
neuartige Realisierung der Dashpot-Funktion 34 kann auch
dann eingesetzt werden, falls anschließend, d.h. zum Zeitpunkt t2 38, keine Schubabschaltung sondern
z. B. auf Grund zu geringer Motordrehzahl oder aus Bauteileschutzgründen der
gefeuerte Betrieb mit minimalem Antriebsmoment beibehalten wird.
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Das
oben beschriebene Verfahren kann grundsätzlich auch bei Schaltvorgängen von
automatisierten Getrieben, wie beispielsweise Wandlerautomaten,
Direktschaltgetrieben oder Doppelkupplungsgetrieben, eingesetzt
werden. Die Schaltzeiten von Automatikgetrieben müssen extrem
kurz ausgeführt werden,
um einen entsprechenden Fahrkomfort zu Gewährleisten. Gleichzeitig muss
für den
Schaltvorgang das Motormoment reduziert bzw. die Motor- und die
Getriebedrehzahl synchronisiert werden. Für diese Momenteneingriffe ist
der Füllungspfad
der Brennkraftmaschine in der Regel nicht schnell genug, so dass
hier bei noch hohen Zylinderfüllungen
mit zum Teil extrem nach spät
verstellten Zündwinkeln
gearbeitet werden muss, um das von der Brennkraftmaschine erzeugte
Antriebsmoment entsprechend zu reduzieren. Die dadurch entstehenden
Abgastemperaturerhöhungen
führen
zu einer starken Katalysatorbelastung. Um dem entgegen zu wirken,
muss das Gemisch teilweise angefettet werden, was einen Anstieg
des Kraftstoffverbrauches bedeutet. Auch hier kann die elektrische
Maschine anstelle der Zündwinkelverspätungen für den Momentenabbau
bzw. die Drehzahlreduktion (auch für Motordrehzahlerhöhung bei
Abwärtsschaltungen)
in analoger Formen wie bei der oben beschriebenen Dashpot-Funktion
eingesetzt werden. Da in diesem Fall zusätzlich die Katalysatorbelastung
bzw. der Kraftstoffverbrauch durch Verzicht auf eine Gemischanreicherung
bei noch hohen Luftmassenströmen
reduziert wird, ergeben sich weitere erhebliche Vorteile für die Auslegung
der Abgasnachbehandlungsanlage bzw. den Gesamtwirkungsgrad des Antriebes.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Erfindung wird es ferner möglich, den
Edelmetallgehalt von Katalysatoren abzusenken. Fahrzeuge mit magerlauffähigen Brennkraftmaschinen,
die im neuen europäischen
Fahrzyklus NEFZ mit thermisch ungeschädigten Katalysatoren (mit einer
gespeicherten Schwefelmasse kleiner 0,2g/l Katalysatorvolumen) und
einem zeitlichen gefeuerten Magerbetriebsanteil (ohne Schubphasen)
mit Lambda>1,15 von
zumindest 250 Sekunden (insbesondere mindestens 350 Sekunden) eine
HC-Emissionen von kleiner 0,07 g/km und eine NOx Emission
von kleiner 0,05 g/km erreichen, werden heute im Stand der Technik
mit Katalysatoren ausgerüstet,
die Edelmetallgehalte von größer oder gleich
100 g/ft3 aufweisen.
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Bei
Einsatz von Katalysatorsystemen bestehend aus zumindest einem NOx-Speicherkatalysator und
eventuell zumindest einem vorgeschalteten Vorkatalysator kann der
Edelmetallgehalt zumindest eines Katalysators auf Werte kleiner
100 g/ft3, insbesondere auf kleiner oder
gleich 80 g/ft3 und vorzugsweise auf kleiner
oder gleich 60/40/20/10 g/ft3 abgesenkt
werden, ohne dass sich die Emissionen im NEFZ mit zunehmender Fahrzeuglaufleistung
gegenüber
der ursprünglichen
Ausführung
mit höherem Edelmetallgehalt
und ohne dem erfindungsgemäßen Verfahren
verschlechtern.
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Auch
bei konventionellen Ottomotoren bietet sich mit dem oben beschriebenen
Verfahren die Möglichkeit,
den Edelmetallgehalt der Katalysatoren ausgehend von den heute serienmäßig ausgeführten Werten
und 10%, vorzugsweise um 20% und insbesondere bevorzugt um 30% abzusenken,
ohne dass sich die Emissionen in NEFZ mit zunehmender Fahrzeuglaufleistung
gegenüber
der ursprünglichen
Ausführung
mit höherem
Edelmetallgehalt und ohne dem erfindungsgemäßen Verfahren verschlechtern.
Insbesondere kann der Edelmetallgehalt auf kleiner oder gleich 40/30/20/10/5
g/ft3 abgesenkt werden.
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Es
ist auch möglich,
bei dynamischen positiven Lastwechsel in analoger Weise zu verfahren. Hier
tritt häufig
das Problem auf, dass bei starken Beschleunigungen durch eine sprungartige
Momentenänderung
Schwingungen im Antriebsstrang induziert werden, die anschließend durch
Zündwinkeleingriffe
wieder gedämpft
werden. Dabei bietet es sich insbesondere aus Kraftstoffverbrauchsgründen an, die
Dämpfung über mindestens
eine der elektrischen Maschinen vorzunehmen und die generatorisch
erzeugte elektrische Energie in elektrischen Energiespeichern zwischenzuspeichern.
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- 10
- Winkel
einer Pedalstellung in Prozent [%]
- 12
- relative
Zylinderfüllung
in Prozent [%]
- 14
- Zylinderwinkel
in Grad Kurbelwinkel [°KW]
- 16
- ein
von der elektrischen Maschine im Antriebsstrang erzeugtes Moment
in Newton
-
- Meter
[Nm]
- 18
- ein
gesamtes Antriebsmoment im Antriebsstrang in Newton-Meter [Nm]
- 20
- Pfeil:
Verstellung des Zündwinkels 14 nach früh
- 22
- Pfeil:
Verstellung des Zündwinkels 14 nach spät
- 24
- Zeitachse
- 26
- Graph:
Verlauf der Pedalstellung 10 über die Zeit 24
- 28
- Graph:
Verlauf der relativen Zylinderfüllung 12 über die
Zeit 24
- 30
- Graph:
Verlauf des Zündwinkels 14 über die Zeit 24
- 32
- Graph:
Verlauf des Momentes 16 der elektrischen Maschine über die
Zeit 24
- 34
- Graph:
Verlauf des gesamten Antriebsmomentes 16 über die
Zeit 24
- 36
- Zeitpunkt
t1: Anforderung der Schubabschaltung
- 38
- Zeitpunkt
t2: Durchführung der Schubabschaltung
- 40
- gestrichelte
Linie: Verlauf des Zündwinkels 14 über die
Zeit (herkömmliches
Verfahren)
- 42
- Motorschleppmoment
- 44
- Momentensprung
(herkömmliches
Verfahren)
- 46
- Kreis