DE102006016035A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs - Google Patents

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Manfred DÜRNHOLZ
Karsten Mann
Uwe Bauer
Markus Hernier
Jürgen Wohlhaupter
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, mit einem Dieselmotor und zwei Elektromotoren, wobei der Hybridantrieb wahlweise im seriellen oder im parallelen Modus betrieben wird. Es ist vorgesehen, dass bei niedrigem Leistungsbedarf ein Betrieb im seriellen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird, und dass bei höherem Leistungsbedarf ein Betrieb im parallelen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit konventioneller Dieselverbrennung betrieben wird und beim Übergang zwischen dem seriellen Modus und dem parallelen Modus mindestens einer der Elektromotoren durch Energieentnahme aus einem elektrischen Speicher das Fahrzeug temporär antreibt oder mitantreibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, mit einem Dieselmotor und zwei Elektromotoren, wobei der Hybridantrieb wahlweise im seriellen oder im parallelen Modus betrieben wird.
  • Stand der Technik
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt. Ein Hybridantrieb mit einem Dieselmotor und zwei Elektromotoren lässt sich im seriellen Modus betreiben, in dem der Dieselmotor einen der Elektromotoren als Generator antreibt um einen elektrischen Speicher des Fahrzeugs aufzuladen. Dieser elektrische Speicher speist den anderen Elektromotor, der ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs liefert. Wird der bekannte Hybridantrieb im parallelen Modus betrieben, so liefert der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren jeweils ein Drehmoment, wobei beide Drehmomente gemeinsam zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Obwohl das bekannte Verfahren zum Betreiben des genannten Hybridantriebs zu relativ niedrigen Emissionen führt, sollen diese ohne Einbußen beim Komfort weiter verringert werden.
  • Technische Lösung
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass bei niedrigem Leistungsbedarf ein Betrieb im seriellen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird, und dass bei höherem Leistungsbedarf ein Betrieb im parallelen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit konventioneller Dieselverbrennung betrieben wird und beim Übergang zwischen dem seriellen Modus und dem parallelen Modus mindestens einer der Elektromotoren durch Energieentnahme aus einem elektrischen Speicher das Fahrzeug temporär antreibt oder mitantreibt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Hybridantriebs sieht demgemäß bei einem niedrigen Leistungsbedarf (Teillast bis in einen Leistungsbereich von 50 Prozent der Volllast des Dieselmotors) vor, dass der serielle Modus vorliegt und der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird. Bei der homogenen Dieselverbrennung (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition) wird der Dieselkraftstoff direkt in den jeweiligen Brennraum des Dieselmotors eingespritzt, wobei das im Brennraum so entstehende Kraftstoff-Luftgemisch erst gezündet wird, wenn die für den Motortakt insgesamt vorgesehene Kraftstoffmenge in den jeweiligen Brennraum vollständig eingespritzt ist. Hierdurch lassen sich sehr niedrige Emissionswerte erzielen. Ist ein höherer Leistungsbedarf (größer circa 50 Prozent der Volllast des Dieselmotors) für den Betrieb des Fahrzeugs erforderlich, so wird der Hybridantrieb im parallelen Modus betrieben, wobei der Dieselmotor auf die konventionelle Dieselverbrennung umgestellt wird. Beim Übergang zwischen den beiden Betriebsmodi wird das Fahrzeug von mindestens einem, von dem elektrischen Speicher gespeisten Elektromotor angetrieben oder mitangetrieben. Da sich beim Umstellen des Dieselmotors von homogener zur konventioneller Dieselverbrennung – beziehungsweise von konventioneller zu homogener Dieselverbrennung – kurzfristig eine Übergangsphase nicht klar definierter Verbrennung durchlaufen wird, wird in dieser Phase der Antrieb des Fahrzeugs vollständig oder nahezu vollständig von dem Elektromotor übernommen. Die auftretenden Leistungsschwankungen des Dieselmotors in der Übergangsphase werden bei einem mitantreibenden Dieselmotor jedoch vollständig oder nahezu vollständig ausgeglichen. Bei einer vollständigen Übernahme des Antriebs durch den Elektromotor in der Übergangsphase wird der Dieselmotor vom Antrieb des Fahrzeugs vollständig getrennt. Der Übergang der verschiedenen Modi und der verschiedenen Verbrennungsverfahren erfolgt mittels einer automatisch arbeitenden Hybridantriebsteuerung.
  • Vorteilhafte Wirkungen
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass im seriellen Modus der Dieselmotor einen der Elektromotoren als Generator zum Laden des elektrischen Speichers antreibt und der andere Elektromotor durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher das Fahrzeug antreibt.
  • Dabei wird der Dieselmotor insbesondre im seriellen Modus stationär oder quasistationär betrieben.
  • Im parallelen Modus in insbesondere vorgesehen, dass der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren das Fahrzeug antreiben.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass bei niedrigem, zeitlich begrenztem Leistungsbedarf alternativ zum Betrieb im seriellen Modus ein Betrieb in einem rein elektrischen Modus erfolgt, bei dem mindestens einer der Elektromotoren das Fahrzeug durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher antreibt. Der rein elektromotorische Betrieb kann zum Beispiel in Abhängigkeit von einem Ladezustand des elektrischen Speichers für eine vorbestimmte Zeitspanne bevorzugt werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Elektromotor bei einem Übergang zwischen dem seriellen Modus und dem parallelen Modus entstehende Leistungsänderungen ausgleicht. Dazu ändert der Elektromotor seine Leistungsabgabe derart, dass die Leistungsabgabe zu Beginn und am Ende der Übergangsphase an die Leistung des jeweiligen Modus des Hybridantriebs angepasst ist.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren im parallelen Betrieb durch ein leistungsverzweigendes Getriebe mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekuppelt sind. Bei einem leistungsverzweigenden Getriebe kann der Leistungsanteil des Dieselmotors und des Elektromotors wahlweise bestimmt werden. Dabei können Dieselmotor und Elektromotor unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Das leistungsverzweigende Getriebe vereint die Leistungsanteile von Diesel- und Elektromotor und gibt die Gesamtleistung mit einheitlicher Drehzahl aus.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine trennbare Kupplung die einen gemeinsamen Abtriebsstrang des Dieselmotors und eines der Elektromotoren von einem mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekuppelten Abtriebsstrang des anderen Elektromotors kuppeln/teilen kann, im seriellen Modus und im rein elektrischen Modus getrennt ist und im parallelen Modus geschlossen ist. Durch eine derartige, insbesondere von der Hybridantriebssteuerung bediente Kupplung ist eine einfache Realisierung des Verfahrens möglich, die ein klares Umschalten zwischen den unterschiedlichen Modi des Hybridantriebs erlaubt.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass vorhandene kinetische Energie des Fahrzeugs beim Bremsen zum Aufladen des elektrischen Speichers durch mindestens einen elektrischen Generator genutzt wird.
  • Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass mindestens einer der Elektromotoren den Generator bildet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Die 1 zeigt einen Hybridantrieb 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Der Hybridantrieb 1 besteht aus einem Dieselmotor 2 und einem zugeordneten Kraftstoffbehälter 3, sowie zwei Elektromotoren 4, 5 mit einer zugeordneten Leistungselektronik-Einheit 6 und einem elektrischen Speicher 7. Der Dieselmotor 2 und die Elektromotoren 4, 5 sind beim Hybridantrieb 1 auf einer Achse 8 seriell hintereinander angeordnet. Der entlang der Achse 8 verlaufende Abtriebsstrang 9 des Dieselmotors 2 ist direkt mit dem Elektromotor 4 gekuppelt und über eine von einer nicht dargestellten Hybridantriebssteuerung steuerbare Kupplung 10 mit einem Getriebeantriebsstrang 11 eines Getriebes 12 trennbar verbunden. Auf dem Getriebeantriebsstrang 11 ist der Elektromotor 5 angeordnet, der über den Getriebeantriebsstrang 11 mit dem Getriebe 12 direkt gekuppelt ist. Ein dem Getriebeantriebsstrang 11 gegenüberliegende Getriebeabtriebsstrang 13 treibt über ein Differenzial 14 die Antriebsräder 15 an, von denen in der Figur lediglich ein Antriebsrad 15 dargestellt ist.
  • Es ergibt sich folgende Funktion des Hybridantriebs 1: Bei niedrigem Leistungsbedarf wird der Dieselmotor 2 stationäre oder quasi stationär mit homogener Dieselverbrennung betrieben. Durch die homogene Verbrennung bei optimierten Betriebsparametern des Dieselmotors 2 kann dieser kraftstoffsparend bei geringer Emission von Ruß-Partikeln und Stickoxyden zum Antrieb des als Generator arbeitenden Elektromotors 4 betrieben werden. Dazu dreht der Dieselmotor 2 kontinuierlich oder nahezu kontinuierlich mit einer auf Kraftstoffverbrauch und niedrige Emissionswerte optimierten Drehzahl, die insbesondere an die benötigte Drehzahl des als Generator arbeitenden Elektromotors 4 angepasst ist. Im seriellen Betrieb ist der Abtriebsstrang 9 des Dieselmotors 2 durch die geöffnete Kupplung 10 von dem Getriebeantriebsstrang 11 des Getriebes 12 getrennt. Der als Generator arbeitende Elektromotor 4 versorgt über die Leistungselektronik-Einheit 6 den als Antriebsmotor 16 arbeitenden Elektromotor 5 mit Spannung, wobei nicht benötigte generatorische Leistung in den elektrischen Speicher 7 eingespeist wird. Der als Antriebsmotor 16 wirkende Elektromotor 5 treibt in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung, die zum Beispiel durch eine Fahrpedalstellung vorgegeben wird, über das Getriebe 12 und das Differenzial 14 die Antriebsräder 15 an.
  • Bei einem Leistungsbedarf, der über eine Leistungsgrenze des Hybridantriebs 1 in seriellem Modus hinausgeht, wird der Dieselmotor 2 in einen Betrieb mit konventioneller Dieselverbrennung überführt. Dazu treibt der als Antriebsmotor 16 arbeitende Elektromotor 5 die Antriebsräder 15 in einer Übergangsphase durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher 7 an. Dazu kann der als Generator arbeitende Elektromotor 4 zum Beispiel von der Leistungselektronik-Einheit 6 getrennt werden. Alternativ wird der Elektromotor 5 zu einem Teil auch von dem Dieselmotor 2 über den als Generator arbeitenden Elektromotor 4 gespeist. Ist der Dieselmotor 2 in einen Betrieb mit konventioneller Dieselverbrennung überführt, so wird die steuerbare Kupplung geschlossen und der Hybridantrieb 1 im parallelem Modus betrieben. Durch das Kuppeln des Abtriebsstrangs 9 und des Getriebeantriebsstrangs 11 ist der Dieselmotor 2 mechanisch mit den Antriebsrädern 15 gekuppelt. Zusätzlich kann wahlweise einer oder beide der Elektromotoren 4, 5 im generatorischen Betrieb arbeiten und sind dem Dieselmotor 2 parallel zugeschaltet. Bei elektrischem Leistungsbedarf – zum Beispiel einem Ladezustand des elektrischen Speichers 7, der unter einen kritischen Ladezustandswert gefallen ist, kann mindestens einer der Elektromotoren 4, 5 als Generator arbeiten und diesen Strombedarf decken. Insbesondere zum Bremsen können auch beide Elektromotoren 4, 5 als Generatoren arbeiten um zusätzlich zum Schleppmoment des Dieselmotors 2 ein zusätzliches Verzögerungsmoment aufzubringen und dabei den elektrischen Speicher 7 zu laden (Rekuperation). Beim Übergang vom parallelen zum seriellen Modus des Hybridantriebs 1 wird analog vorgegangen. Ist eine Leistungsgrenze erreicht, bei der der Hybridantrieb 1 den Leistungsbedarf mit dem Dieselmotor 2 mit homogener Dieselverbrennung decken kann und sich der Hybridantrieb 1 in parallelem Modus befindet, so wird die steuerbare Kupplung 10 geöffnet, der Antrieb kurzfristig in der Übergangsphase vom Elektromotor 5 durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher 7 übernommen und der Dieselmotor 2 in einen Betrieb mit homogener Dieselverbrennung überführt. Ist ein Betrieb mit homogener Dieselverbrennung erreicht, so speist der Dieselmotor 2 über den als Generator arbeitenden Elektromotor 4 den elektrischen Speicher 7 und sorgt für die Energieversorgung des als Antriebsmotor 16 arbeitenden Elektromotors 5, wodurch der Übergang zum parallelen Modus abgeschlossen ist. Auftretende Leistungsänderungen während des Übergangs zwischen dem seriellen und dem parallelen Modus werden durch den von einer nicht dargestellten automatisch arbeitenden Hybridansteuerung gesteuerten Elektromotor 5 ausgeglichen.
  • Alternativ zu dem in 1 dargestellten Aufbau des Hybridantriebs 1 kann der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren im parallelen Betrieb durch ein zusätzliches leistungsverzweigendes Getriebe zum Beispiel mit den Getriebeantriebsstrang 11 des Fahrzeugs gekuppelt sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, mit einem Dieselmotor und zwei Elektromotoren, wobei der Hybridantrieb wahlweise im seriellen oder im parallelen Modus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigem Leistungsbedarf ein Betrieb im seriellen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird, und dass bei höherem Leistungsbedarf ein Betrieb im parallelen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit konventioneller Dieselverbrennung betrieben wird und beim Übergang zwischen dem seriellen Modus und dem parallelen Modus mindestens einer der Elektromotoren durch Energieentnahme aus einem elektrischen Speicher das Fahrzeug temporär antreibt oder mitantreibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im seriellen Modus der Dieselmotor einen der Elektromotoren als Generator zum Laden des elektrischen Speichers antreibt und der andere Elektromotor durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher das Fahrzeug antreibt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im seriellen Modus der Dieselmotor stationär oder quasi stationär betrieben wird.
  4. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im parallelen Modus der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren das Fahrzeug antreibt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigem, zeitlich begrenztem Leistungsbedarf alternativ zum Betrieb im seriellen Modus ein Betrieb in einem rein elektrischen Modus erfolgt, bei dem mindestens einer der Elektromotoren das Fahrzeug durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher antreibt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor bei einem Übergang zwischen dem seriellen Modus und dem parallelen Modus entstehende Leistungsänderungen ausgleicht.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren im parallelen Betrieb durch ein leistungsverzweigendes Getriebe mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekuppelt sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine trennbare Kupplung, die einen gemeinsamen Abtriebsstrang des Dieselmotors und eines der Elektromotoren von einem mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekuppelten Abtriebsstrang des anderen Elektromotors kuppeln/trennen kann, im seriellen Modus und im rein elektrischen Modus getrennt ist und im parallelen Modus geschlossen ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorhandene kinetische Energie des Fahrzeugs beim Bremsen zum Aufladen des elektrischen Speichers durch mindestens einen elektrischen Generator genutzt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Elektromotoren den elektrischen Generator bildet.
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