DE102007043399B4 - Hybrid-Antrieb mit einem Pflanzenölmotor für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebs für ein Fahrzeug, bestehend aus einer mit einem biogenen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine und einer als Generator oder als Motor betriebenen Elektromaschine, die im Niedriglastbereich abgeforderte Leistung des Hybridantriebs von der als Motor betriebenen Elektromaschine abgedeckt wird, wobei die Brennkraftmaschine erst bei Lastanforderung oberhalb des Niedriglastbereichs gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ausschließlich mit biogener Kraftstoffversorgung gestartet und betrieben wird, wobei der biogene Kraftstoff während des Einsatzes des Fahrzeugs vorgewärmt wird, wobei die Elektromaschine beim Vorliegen der Startvoraussetzung für die Brennkraftmaschine eine genügende Leistungsreserve aufweist, die zum Starten der Brennkraftmaschine ohne Einbruch der abgegebenen (Antriebs-)Leistung in ihrer Funktion als Starter für die Brennkraftmaschine ausreicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebs für ein Fahrzeug, bestehend aus einer mit einem biogenen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine und einer als Generator oder als Motor betriebenen Elektromaschine.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 101 09 402 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt einen Gegenkolben-Pflanzenölmotor, der mit einem optimal leisen Elektromotor mit einer über eine Zahnradübersetzung gekoppelten Abgasturbine verbunden ist, deren Brennkammer außer durch Abgase auch mit Frischluft vom Gegenkolbenmotor versorgt wird, die bei Überlastung gezündet wird. Nähere Angaben über den Betrieb des Gegenkolben-Pflanzenölmotors und des Elektromotors, außer dass der Elektromotor bei Ortsdurchfahrten und der Pflanzenölmotor bei Überlandfahrten zum Einsatz kommen soll, sind diesem Dokument nicht zu entnehmen.
  • Weiter ist ein solches Verfahren aus der DE 10 2004 044 507 A1 bekannt.
  • Ein Nahverkehrselektroauto mit umweltfreundlichem Kleinstverbrennungsmotor ist aus der DE 196 34 930 A1 bekannt.
  • Eine Kraftstoffvorwärmanlage für Dieselmotoren zur Betreibung mit Pflanzenöl wird in der DE 10 2005 052 810 B3 offenbart.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebs für ein Fahrzeug anzugeben, bei dem insbesondere die mit einem biogenen Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine optimal eingesetzt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die im Niedriglastbereich abgeforderte Leistung des Hybridantriebs von der als Motor betriebenen Elektromaschine abgedeckt wird, dass die Brennkraftmaschine erst bei Lastanforderung oberhalb des Niedriglastbereichs gestartet wird und dass die Brennkraftmaschine ausschließlich mit biogener Kraftstoffversorgung gestartet, betrieben und stillgesetzt wird.
  • Diesen Verfahrensschritten liegt zunächst einmal die Erkenntnis zugrunde, dass eine Brennkraftmaschine vorliegend insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine, die normalerweise mit Dieselkraftstoff betrieben wird, auch mit biogenem Kraftstoff, beispielsweise Pflanzenöl oder Rapsöl betrieben werden kann. Dabei ist bekannt, dass die biogenen Kraftstoffe eine gegenüber Dieselkraftstoff höhere Viskosität, eine höhere Verdampfungstemperatur, eine schlechtere ' Zündwilligkeit und einen niedrigeren Heizwert aufweisen. Diese Eigenschaften – so wurde herausgefunden – treten insbesondere beim Start der Brennkraftmaschine, beim Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine und beim Niedriglastbetrieb der Brennkraftmaschine nachteilig hervor. So wurde beobachtet, dass sich bei Niedriglastbetrieb Ablagerungen an und in dem Einspritzsystem bilden können, die einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine beeinträchtigen. Auch wird ein starker Eintrag von biogenem Kraftstoff in das Schmieröl der Brennkraftmaschine beobachtet. Diese Eigenschaften werden aber bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine oberhalb des Niedriglastbetriebs nicht festgestellt.
  • Daher werden entsprechend ausgerüstete Brennkraftmaschinen ganz überwiegend im Zweistoffbetrieb betrieben. Dabei wird die Brennkraftmaschine zumindest beim Start und zum Abstellen – für eine Spülung des Einspritzsystems – mit Dieselkraftstoff betrieben und dann auf einen Betrieb mit biogenen Kraftstoff umgestellt. Dazu ist ein aufwendiges Kraftstoffeinspritzsystem mit zumindest zwei Tanks und einem Umschaltsystem notwendig. Hier geht nun der Gegenstand der vorliegenden Erfindung einen neuen Weg, in dem die Vorteile eines für sich bekannten Hybridsystems mit denen einer mit biogenem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine verbunden werden. Dadurch, dass im Niedriglastbereich die Brennkraftmaschine gar nicht betrieben wird und hier nur die Elektromaschine als Antrieb eingesetzt wird, erübrigen sich aufwendige Umschalteinrichtungen und die Brennkraftmaschine kann ausschließlich mit einer biogenen Kraftstoffversorgung gestartet, betrieben und auch wieder stillgesetzt werden. Dabei ist die entsprechende Steuerung bzw. Regelung so ausgelegt, dass die Elektromaschine beim Vorliegen der Startvoraussetzung für die Brennkraftmaschine eine genügende Leistungsreserve aufweist, die zum Starten der Brennkraftmaschine ohne Einbruch der abgegebenen (Antriebs-)Leistung in ihrer Funktion als Starter für die Brennkraftmaschine ausreicht. Da die Brennkraftmaschine nach dem Start sofort zumindest mit Teillast betrieben wird, treten die bei Niedriglast oder Leerlauf auftretenden Nachteile beim Betrieb mit biogenem Kraftstoff nicht auf.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Hochlastbetrieb des Hybrid-Antriebs die abgeforderte Leistung von der Brennkraftmaschine und der als Motor betriebenen Elektromaschine aufgebracht werden. Ergänzend ist auszuführen, dass zunächst einmal im gesamten Teillastbereich und Mittellastbereich die abgeforderte Leistung von der Brennkraftmaschine erbracht wird und in diesen Betriebsbereichen die Elektromaschine als Generator, insbesondere zum Laden der Batterien, eingesetzt wird. Da die Brennkraftmaschine in diesen Betriebsbereichen der Erfahrung nach überwiegend betrieben wird, werden die Batterien ausreichend selbsttätig geladen ohne das beispielsweise beim Abstellendes Fahrzeugs eine Andockung an ein Fremdenergienetz (Stromnetz) notwendig ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Niedriglastbereich bis angenähert 25% der maximalen Leistung des Hybrid-Antriebs von der Elektromaschine erbracht. Um bei einem Betrieb des Hybrid-Antriebs in diesem Grenzbereich nicht dauernd die Brennkraftmaschine ein- und auszuschalten ist ergänzend vorgesehen, beispielsweise eine Umschaltungs-Hysterese von 5% vorzusehen. Das heißt, wenn die Brennkraftmaschine einmal gestartet worden ist, wird erst wieder auf den Elektroantrieb umgestellt und die Brennkraftmaschine stillgesetzt, wenn die Leistungsanforderung auf (dauerhaft) unter 20% der Maximal-Leistung abfällt. Ergänzend ist vorgesehen, eine Zeitabfrage für das Vorliegen einer Umschalterfordernis vorzusehen. Eine solche Zeitabfrage ist sinnvoll, damit bei einer kurzfristigen Einstellung des Leerlaufbetriebs – beispielsweise bei einem Gangwechsel oder einem Einschalten oder Ausschalten eines hydraulischen Antriebs/Gerätes – keine Umschaltung erfolgt. Ein entsprechendes Zeitfenster kann beispielsweise 30 Sekunden betragen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine zu einer Erbringung von angenähert 75% der Maximal-Leistung des Hybrid-Antriebs ausgelegt. Das heißt, dass zur Erbringung der Maximal-Leistung von 100% die Elektromaschine zusätzlich zu Erbringung der nötigen Leistung eingesetzt wird. Da andererseits auch im Niedriglastbereich die Leistung von der Elektromaschine erbracht wird, ist die tatsächlich von der Brennkraftmaschine zu erbringende Leistung auf 50% der Maximal-Leistung des Hybrid-Antriebs bestimmt. Dabei ist es aber so, dass dieser 50%ige Leistungsbereich den ganz überwiegenden Einsatzbereich des entsprechend ausgestatteten Hybrid-Antriebs abdeckt. Bei einem solchen Einsatz kann die Brennkraftmaschine besonders wirtschaftlich betrieben werden und dadurch ist der Wirkungsgrad insgesamt sehr hoch. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass bei einer solchen Betriebsweise die Brennkraftmaschine kleiner (geringerer Hubraum) ausgebildet sein kann als wenn diese zu einer Erbringung von 100% der Maximal-Leistung des Hybrid-Antriebs ausgelegt wird. Dadurch können unter Umständen andere Zertifizierungsklassen oder Einstufungsklassen erreicht werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der biogene Kraftstoff während des Einsatzes des Fahrzeugs vorgewärmt. Dabei wird normalerweise nicht unterschieden, ob die Brennkraftmaschine gestartet ist oder nicht. Dadurch steht jederzeit für ein gutes Fließverhalten beispielsweise auf ca. 62°C vorgewärmtes Rapsöl zur Verfügung. Die Vorwärmung erfolgt insbesondere über einen in die Kraftstoffleitung eingeschalteten Wärmetauscher, der geregelt von beispielsweise dem Kühlmedium der Brennkraftmaschine durchströmt wird. Zusätzlich ist aber auch eine elektrische Beheizung vorgesehen. Diese wird eingeschaltet, wenn das Kühlmedium (noch) nicht die nötige Temperatur erreicht hat, also beispielsweise beim erstmaligen täglichen Start des Fahrzeugs.
  • Das Fahrzeug ist insbesondere ein Fahrzeug, das einerseits über einen langen täglichen Zeitraum im Berieb ist, andererseits aber auch häufig im Schiebebetrieb oder Niedriglastbereich betrieben wird. Dies ist beispielsweise insbesondere bei einem Radlader oder einem im Flughafen-Vorfeldequipment eingesetzten Fahrzeug der Fall. Das Fahrzeug kann aber auch ein Nutzfahrzeug (LKW) oder ein PKW sein.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebs für ein Fahrzeug, bestehend aus einer mit einem biogenen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine und einer als Generator oder als Motor betriebenen Elektromaschine, die im Niedriglastbereich abgeforderte Leistung des Hybridantriebs von der als Motor betriebenen Elektromaschine abgedeckt wird, wobei die Brennkraftmaschine erst bei Lastanforderung oberhalb des Niedriglastbereichs gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ausschließlich mit biogener Kraftstoffversorgung gestartet und betrieben wird, wobei der biogene Kraftstoff während des Einsatzes des Fahrzeugs vorgewärmt wird, wobei die Elektromaschine beim Vorliegen der Startvoraussetzung für die Brennkraftmaschine eine genügende Leistungsreserve aufweist, die zum Starten der Brennkraftmaschine ohne Einbruch der abgegebenen (Antriebs-)Leistung in ihrer Funktion als Starter für die Brennkraftmaschine ausreicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hochlastbereich des Hybridantriebs die abgeforderte Leistung von der Brennkraftmaschine und der als Motor betriebenen Elektromaschine aufgebracht werden.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Niedriglastbereich bis angenähert 25% der Maximalleistung des Hybridantriebs erbracht werden.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine zu einer Erbringung von angenähert 75% der Maximalleistung des Hybridantriebs ausgelegt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächlich von der Brennkraftmaschine zu erbringende Leistung angenähert 50% der Maximalleistung des Hybridantriebs beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Fahrzeug mit häufigem Schiebebetrieb oder öfteren Niedriglastphasen ist.
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