DE102008027620A1 - Elektrisches Hilfsmittel zur Reduzierung von Emissionen und Drehmomentreaktionsverzögerungen in einem Hybrid-Elektrofahrzeug - Google Patents

Elektrisches Hilfsmittel zur Reduzierung von Emissionen und Drehmomentreaktionsverzögerungen in einem Hybrid-Elektrofahrzeug Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine derart, dass ein elektrisches Hilfsmittel für einen Verbrennungsmotor (ICE) geschaffen wird, wobei der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine jeweils ein Drehmoment erzeugen und ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) antreiben, umfassend Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung, Bestimmen einer minimalen Leistungsgrenze und einer maximalen Leistungsgrenze des Motors, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb eines gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen, Bestimmen einer minimalen und einer maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine, Verwenden der Größe der angeforderten Leistung, der minimalen und der maximalen Leistungsgrenze des Motors, und der minimalen und der maximalen elektrischen Leistungsgrenze, um eine obere und eine untere Grenze des elektrischen Hilfsmittels derart zu bestimmen, dass das erforderliche Drehmoment innerhalb des gewünschten Zeitraums bereitgestellt wird, und Betreiben der elektrischen Maschine, um das elektrische Hilfsmittel innerhalb der oberen und der unteren Grenze bereitzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), dessen Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor (ICE) aufweist, und insbesondere ein HEV, dessen Motor ein normaler Saug-ICE mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung, ein Auflade-ICE mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung, oder ein Turbo-ICE mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung sein kann.
  • Ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) weist mehrere Drehmomentquellen auf, um ein vom Fahrer angefordertes Raddrehmoment zu erzeugen. Herkömmliche HEV's erkennen die Grenzen des Motordrehmoments und der Leistung, scheitern jedoch an der Erkennung notwendiger Grenzen für ergänzende elektrische Leistung, abgesehen von Hardware-Begrenzungen (Batterie, Elektronik und elektrische Maschinen). Ein Potential ist für unbeständige Beschleunigungen und Emissionen von HEV's vorhanden, wo die verschiedenen Energiequellen eine erhebliche Variation entweder der dynamischen Drehmomentreaktion oder des Emissionsausstoßes über die Zeit oder beides haben. Derartige unbeständige Beschleunigungen und Emissionen bei HEV's sind infolge der Variationen über die Zeit möglich, um das Drehmoment aus mehreren Energiequellen mit unterschiedlichen Charakteristika zu erzeugen.
  • Die unbeständige Variation der dynamischen Reaktion, des sogenannten „Turbolag" für Turbomotoren kann bei Magerverbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder von Benzin- und Dieselmotoren reduziert werden. Derartige Kraftstoffeinspritzungen, im Folgenden die Haupteinspritzung, erhöhen die Abgastemperatur, welche die Drehzahl des Turboladers hoch genug hält, um nach Bedarf höhere Ansaugleitungsdrücke zu erreichen. Jedoch bewirkt diese Technik eine erhebliche Reduzierung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und erhebliche Nachteile in den Abgasemissionen.
  • Es besteht ein Bedarf, derartige Unbeständigkeiten zu beseitigen, wenn verschiedene Motorkonfigurationen in einem HEV-Antriebsstrang verwendet werden. Zum Beispiel wird bei Anwendungen eines HEV mit stoichiometrischem Turbomotor ein unbeständig wahrgenommener „Turbolag" von dem Fahrzeugbediener als negativ empfunden.
  • Elektrische Hybridisierung ermöglicht ein besseres System zum Ausgleichen der Beständigkeit in der Fahrzeugdrehmomentreaktion mit Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Emissionen durch Verhinderung des Eintritts des Motors in einen unerwünschten Bereich des Zustandsraumes, d. h. der dynamischen Bedingungen des Motors, und Verhinderung eines unerwünschten Betriebspunktes, d. h. der beständigen Zustandsbedingungen des Motors.
  • Bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor, der ein Drehmoment erzeugt, und einer elektrischen Maschine, die ein Drehmoment erzeugt, angetrieben wird, umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, um ein elektrisches Hilfsmittel für den Motor zu schaffen, Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung, Bestimmen einer minimalen Leistungsgrenze und einer maximalen Leistungsgrenze des Motors, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb eines gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen, Verwenden der Größe der angeforderten Leistung und der minimalen und der maximalen Leistungsgrenze des Motors, um eine obere und eine untere Grenze des elektrischen Hilfsmittels derart zu bestimmen, dass das erforderliche Drehmoment innerhalb des gewünschten Zeitraums bereitgestellt wird, und Betreiben der elektrischen Maschine, um das elektrische Hilfsmittel innerhalb der oberen und der unteren Grenze bereitzustellen.
  • Die Strategie verwendet die dynamischen Grenzen eines ICE in Bezug auf die Drehmomentreaktion und Emissionen, um die zulässigen Werte des für den Antrieb des Fahrzeuges vorgesehenen elektrischen Hilfsmittels zu beschränken. Die Strategie steuert die in einem HEV verfügbare Ausstattung, um die Fahrzeugemissionen zu reduzieren und eine bessere Leistung und ein verbessertes Fahrverhalten zu schaffen.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 ein Schema eines normalen Saugmotors mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung;
  • 2 ein Schema eines Auflademotors mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung;
  • 3 ein Schema eines Turbomotors mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung;
  • 4 ein Schaltbild einer Technik zur Bestimmung der oberen und unteren Grenzen eines elektrischen Hilfsmittels eines HEV bei einem normalen Saugmotor oder einem Auflademotor mit stoichiometrischer Verbrennung;
  • 5 ein Diagramm, das die Emissionsumwandlungseffizienz eines bei einem Motor mit stoichiometrischer Verbrennung verwendeten Dreiwege-Abgaskatalysators darstellt;
  • 6 ein Diagramm, das qualitativ die Variation von Saugrohr-Emissionen mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Diesel- oder Magerverbrennungsmotor darstellt; und
  • 7 ein Schema eines Antriebsstrangs für ein Hybrid-Elektrofahrzeug.
  • Zuerst mit Bezug auf 1 weist der Antriebsstrang 10 für ein HEV einen normalen Saugmotor 12 mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung auf, dessen Kurbelwelle 14 eine Kombination 16 von Antriebskomponenten, wie eines Getriebes und elektrischen Maschinen, und Abtriebsräder 18 antreibt, welche über das Getriebe und die elektrischen Maschinen 16 mit dem Motor antriebsverbunden sind. Die elektrischen Maschinen können abwechselnd als ein Elektromotor und ein Elektrogenerator wirken. Eine elektrische Batterie 20 ist über einen AC/DC-Wandler mit den elektrischen Maschinen elektrisch gekuppelt, wodurch elektrische Leistung von der Batterie an die elektrischen Maschinen und von dem Elektrogenerator an die Batterie übertragen wird, wenn die Räder 18 oder der Motor 12 den Generator antreiben. Der Motor 12 weist eine Ansaugleitung 22, welche ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft an die Motorzylinder zur Verbrennung überträgt, und eine Abgasleitung 24 auf, welche Abgas und andere Verbrennungsprodukte aus den Zylindern überträgt.
  • 2 zeigt einen HEV-Antriebsstrang, welcher einen Auflademotor 26 mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung aufweist. Ein Auflader 28, dessen Rotor über einen Riemen mit der Kurbelwelle 14 antriebsverbunden ist oder von einem Elektromotor angetrieben wird, führt Umgebungsluft in seinen Einlass 30, komprimiert die Luft, wenn sich der Rotor dreht, und überträgt die komprimierte Luft über seinen Auslass 32 an die Ansaugleitung 22.
  • 3 zeigt einen HEV-Antriebsstrang, welcher einen Turbomotor 34 mit stoichiometrischer oder magerer Verbrennung aufweist. Ein Turbolader 36 weist eine Gasturbine 38, die durch Abgas, das aus der Abgasleitung 24 austritt, angetrieben wird, eine Rotorwelle 40, die an der Gasturbine 38 befestigt ist, und einen Kompressor 42 auf, der an der Rotorwelle 40 befestigt ist. Umgebungsluft, die in den Kompressor 42 gesaugt wird, wird mit Druck beaufschlagt und über die Ansaugleitung 22 an die Motorzylinder übertragen.
  • Normaler Saugmotor mit stoichiometrischer Verbrennung
  • In einem HEV-Antriebsstrang, der einen normalen Saugverbrennungsmotor aufweist, kann eine Optimierung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Steuerung des Raddrehmoments auf der Annahme basieren, dass die Kompetenz aller Drehmomentquellen eine feststehende Funktion der Drehzahl dieser Drehmomentquelle ist. Zum Beispiel hat das zur Erzeugung durch einen normalen Benzinsaugmotor angeforderte Drehmoment (Tq_eng_req) ein minimales Drehmomentvermögen (Tq_cap_min) und ein maximales Drehmomentvermögen (Tq_cap_max), die jeweils eine Funktion der Motordrehzahl (w_eng) sind. Tq_cap_min (w_eng) < Tq_eng_req < Tq_cap_max (w_eng) (1)
  • P_dr_req ist die Nettoradleistung, die von dem Fahrzeugbediener angefordert und von der manuellen Steuerung des Gaspedals und des Bremspedals durch den Bediener beeinflusst wird.
  • P_elec_req ist die elektrische Nettoleistung, welche die von dem Verbrennungsmotor erzeugte Energie ergänzt.
  • Die angeforderte Leistung wird durch eine elektrische Leistungsquelle in Kombination mit dem Motor bereitgestellt, so dass P_dr_req = P_elec_req + P_eng_req
  • Nach dem Umstellen der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass P_elec_req = P_dr_req – P_eng_req (2)
  • Durch die Definition wird deutlich, dass P_eng_req = Tq_eng_req·w_eng (3)wobei w_eng die Winkelgeschwindigkeit des Motor ist.
  • Setzt man (3) und (2) in (1), werden obere und untere Grenzen für die elektrische Leistung P_elec_req gebildet P_dr_req – w_eng·Tq_cap_min (w_eng) > P_elec_req > P_dr_req – w_eng·Tq_cap_max (w_eng) (4)
  • Die Beziehung (4) bildet eine grundlegende Begrenzung oder Grenze für P_elec_req, die verwendet wird, um die Optimierung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Übertragung des vom Fahrer angeforderten Raddrehmoments an einen HEV-Antriebsstrang, der einen normalen Saugmotor oder einen Auflademotor mit stoichiometrischer Verbrennung aufweist, zu koordinieren.
  • Eine Technik zur Bestimmung der Beziehung (4) unter Verwendung einer Steuereinrichtung 54 ist in 4 dargestellt. Die minimale Motordrehmomentgrenze 50 und die maximale Motordrehmomentgrenze 52 werden von der Steuereinrichtung 54 aus einem der Steuereinrichtung zugänglichen elektronischen Speicher bestimmt und durch die momentane Motordrehzahl 56 indiziert, welche der Steuereinrichtung als ein Eingangssignal 58 bereitgestellt wird.
  • Bei 60 wird die minimale Motordrehmomentkapazität 50 mit der Motordrehzahl multipliziert, und das Minus dieses Produktes wird an der Summierstelle 62 zu der von dem Fahrzeugbediener angeforderten Nettoradleistung 61 P_dr_req addiert, wodurch eine maximale elektrische Leistungsgrenze 64 erzeugt wird, welche in einem Minimum-Selektor 66 vorliegt. Gleichermaßen wird bei 68 die maximale Motordrehmomentgrenze 52 mit der Motordrehzahl multipliziert, und das Minus dieses Produkts wird an der Summierstelle 70 zu der von dem Fahrzeugbediener angeforderten Nettoradleistung 61 P_dr_req addiert, wodurch eine minimale elektrische Leistungsgrenze 72 erzeugt wird, welche in einem Maximum-Selektor 74 vorliegt.
  • Bei 75 wird der größere Wert der minimalen elektrischen Hardware-Leistungsgrenze 76 und der optimalen elektrischen Leistungsanforderung 78 ausgewählt und an einen Minimum-Selektor 79 abgegeben, welcher den geringeren Wert dieser Eingabe und der maximalen elektrischen Hardware-Leistungsgrenze 80 ausgibt. Die maximale und die minimale elektrische Hardware-Leistungsgrenze werden empirisch auf der Basis der Strom- und Spannungsgrenzen sowie der thermischen Grenzen für Leistungselektronik und elektrische Maschinen bestimmt.
  • Der Maximum-Selektor 74 gibt den größeren Wert seiner beiden Eingaben an den Minimum-Selektor 66 ab, welcher eine Leistungsbegrenzungsanforderung 82 P_elec_req erzeugt.
  • An der Summierstelle 84 wird die Leistungsbegrenzungsanforderung 82 von der Nettoradleistung 61 subtrahiert, wodurch die Motorleistungsanforderung 86 P_eng_req erzeugt wird, welche bei 88 durch die momentane Motordrehzahl 56 dividiert wird, um die Motordrehmomentanforderung 90 Tq_eng_req zu erzeugen.
  • Turbomotor mit stoichiometrischer Verbrennung
  • Obwohl geringe Änderungen des zur Erzeugung durch einen Turbomotor 34 mit stoichiometrischer Verbrennung (3) angeforderten Motordrehmoments eine Verzögerung der dynamischen Drehmomentreaktion erzeugt, die gleich der eines normalen Saugverbrennungsmotors 12 ist, können größere Änderungen des angeforderten Drehmoments zu erheblichen Verzögerungen von bis zu 2,5 Sekunden für den Turbomotor führen. Innerhalb von zwei Sekunden im Anschluss an eine Drehmomentanforderung oder des langsameren von zwei Teilen von Eigenwerten bei Verwendung einer linearen Systemtechnologie wird die Drehmomentreaktion irgendeines Typs eines Verbrennungsmotors durch zwei Grenzen bestimmt, die als Tq_cap_min (w_eng) und Tq_cap_max (w_eng) bezeichnet werden, wie sie in dem mit Bezug auf 4 beschriebenen Beispiel verwendet werden. Die schnellere Drehmomentreaktion, d. h. innerhalb von zwei Sekunden nach der Drehmomentanforderung, oder der schnellere von zwei Teilen von Eigenwerten bei Verwendung einer linearen Systemtechnologie wird für den Turbomotor 34 durch zwei Grenzen bestimmt, die bezeichnet werden als Tq_cap_min_fast (w_eng, mv_air_charge) und Tq_cap_max_fast (w_eng, mv_air_charge)wobei mv_air der geschätzte Ladeluftmittelwert ist, der zur Luft-Kraftstoff-Steuerung von Verbrennungsmotoren verwendet wird und für eine Verbrennung verfügbar ist, die auf Parametern basiert, die einen oder mehrere Ansaug/Abgasleitungsdrücke, einen Ansaugluftmassenstrom und eine Turboladerwellendrehzahl umfassen. Der Ladeluftmittelwert als ein von einem Beobachter geschätzter dynamischer Zustand des Motors wird üblicherweise bei einer Motorteilsystemsteuerung verwendet.
  • Der Parameter mv_air_charge dient als einer der entscheidenden Zustände, die sich auf die dynamische Drehmomentreaktion des Motors von Tq_cap_min_fast und Tq_cap_max_fast auswirken. Andere weniger entscheidende Zustände, die sich auf die dynamische Drehmomentreaktion oder die Emissionen des Motors auswirken, können ebenfalls einbezogen werden, wo immer mv_air_charge in dieser Beschreibung erwähnt wird, ohne von den Konzepten der Erfindung abzuweichen.
  • Durch die Definition Tq_cap_min (w_eng) < Tq_cap_min_fast (w_eng, mv_air_charge) < Tq_eng_req < Tq_cap_max_fast (w_eng, mv_air_charge) < Tq_cap_max (w_eng) (5) ergibt das Einsetzen von (3) und (2) in (5)P_dr_req – w_eng·Tq_cap_min_fast (w_eng, mv_air_charge) > P_elec_req > P_dr_req – w_eng·Tq_cap_fast (w_eng, mv_air_charge) (6)
  • Eine Technik zur Bestimmung der Werte der Beziehung (6) ist im Wesentlichen identisch mit der Beschreibung bezüglich 4, außer dass Tq_cap_min_fast aus einer in einem elektronischen Speicher gespeicherten mehrdimensionalen Nachschlagetabelle bestimmt und durch die Motordrehzahl w_eng und den geschätzten Ladeluftmittelwert mv_air_charge anstelle der maximalen Motordrehmomentgrenze Tq_cap_max indiziert wird.
  • Turbomotor mit magerer Verbrennung
  • Die Ausnutzungsgrenzen für P_elec_req, die verwendet werden, um das Energiemanagement, d. h. die Optimierung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Steuerung der Übertragung des vom Fahrer angeforderten Raddrehmoments zu koordinieren, schließen das Problem der unbeständigen Fahrzeugreaktion aus, welche möglich ist, wenn die langsameren Kapazitätsgrenzen verwendet werden. Dies ist besonders vorteilhaft für stoichiometrische Turbomotoren mit Drosselklappen- oder Saugkanaleinspritzung, wo keine Nacheinspritzung verfügbar ist. Jedoch spricht diese Methode nicht die oben genannten Probleme der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Emissionen an, die mit Turbomotoren mit magerer Verbrennung verbunden sind.
  • Bei Turbomotoren mit magerer Verbrennung tritt ein großer Emissionsnachteil auf, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe der Grenzen von mager oder fett liegt. Lambda oder ein normalisiertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist daher ein guter Indikator des Potentials für einen Emissionsnachteil. Lambda ist eine allgemein verwendete Variable, die zur Darstellung eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses benutzt wird. Spezieller ist Lambda das Luft-Kraftstoff-Masseverhältnis/AFR_s, wobei AFR_s das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Masseverhältnis ist. AFR_s liefert das richtige Gleichgewicht der Reaktionspartner für die komplette Reaktion und ist daher von der Art des Kraftstoffs abhängig: ~14,6 für Benzin, ~14,5 für Dieselkraftstoff, ~9 für Ethanol, ~17,2 für Erdgas, ~34 für Wasserstoff, usw. Für Benzinmotoren mit magerer Verbrennung führen sowohl Tq_cap_max_fast (w_eng, mv_air_charge), d. h. zu fett über der Stoichiometrie, als auch Tq_cap_min_fast (w_eng, mv_air_charge), d. h. zu mager, infolge des Durchbruchs von Feststoffen, Ruß und Kohlenwasserstoffen zu einem Emissionsnachteil. Tq_cap_min_fast (w_eng, mv_air_charge) führen zu einem Emissionsnachteil durch erhöhte Stickoxide. Demzufolge ist in Abhängigkeit von der Motortechnologie eine neue feste minimale und maximale Drehmomentgrenze, die zur Sicherstellung von angemessenen Emissionen erforderlich ist, definiert als Tq_cap_min_fast_e (w_eng, mv_air_charge, lambda_mfel) und Tq_cap_max_fast_e (w_eng, mv_air_charge, lambda_mfer)wobei lambda_mfel das maximale Lambda für Emissionen, d. h. die normalisierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze für Emissionen ist, und lambda_mfer das minimale Lambda für Emissionen, d. h. die normalisierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze für Emissionen ist.
  • Die Fettgrenze und die Magergrenze werden durch Kalibrierung bestimmt, um die Emissionsvorschriften zu erfüllen. Für stoichiometrische Motoren werden minimale Emissionen üblicherweise um die Stoichiometrie herum erreicht. Saugrohremissionen für stoichiometrische Motoren sind unter verschiedenen Motor- und Katalysatortechnologien relativ beständig. Saugrohremissionen werden von der Umwandlungseffizienz eines Dreiwege-Katalysators dominiert, wo die Kombination aus Umwandlungen von CO, HC und NOx um die Stoichiometrie herum den Höchstwert erreicht, wie in 5 gezeigt ist. Experimentelle Versuche in Abhängigkeit von Emissionen von tatsächlich zugeführtem Gas aus dem Motor (Vorkatalysator) und exakten Umwandlungseffizienzen des Dreiwege-Katalysators bestimmen, welche Kalibrierungen für lambda_mfel und lambda_mfer die Emissionsvorschriften erfüllen.
  • Für Motoren mit magerer Verbrennung, wie den Dieselmotor, ist die Spanne von möglichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen viel breiter als bei Motoren mit stoichiometrischer Verbrennung, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, um die Drehmomentabgabe zu steuern. Daher ist kein sehr enger Bereich von Lambda möglich. Jedoch führen Extremwerte von Lambda zu Höchstwerten in den Saugrohremissionen, wie in 6 gezeigt ist. Ein sehr niedriges Lambda, d. h. Luft-Kraftstoff-Verhältnis führt üblicherweise zu übermäßigen Feststoffen (PM), Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO). Ein sehr hohes Lambda, d. h. Luft-Kraftstoff-Verhältnis führt üblicherweise zu übermäßigen Stickoxiden (NOx). Das Verhältnis zwischen Saugrohremissionen und A/F (Luft/Kraftstoff) variiert im Wesentlichen zwischen den Motoren und der Emissionsnachbehandlungstechnologie. Jedoch wird der allgemeine Trend üblicherweise beibehalten. Experimentelle Versuche können annehmbare Kalibrierungen für lambda_mfel und lambda_mfer bestimmen, welche die Emissionsvorschriften erfüllen. Eine Ausnutzung von Lambda zwischen lambda_mfel und lambda_mfer ist bei herkömmlichen Fahrzeugen möglich, geht jedoch auf Kosten der Motorleistungsfähigkeit und Beständigkeit infolge der Abhängigkeit von Lambda von inneren Zuständen, wie in den zuvor gezeigten verschiedenen festen Drehmomentdefinitionen dargestellt ist. Diese Richtlinie kann jedoch bei Hybriden in einer transparenten Weise durch Einbindung eines elektrischen Hilfsmittels gemäß der Erfindung realisiert werden.
  • Da für Turbomotoren mit magerer Verbrennung wegen der größeren Beschränkung, wie mager Lambda zugelassen ist, Tq_cap_min_fast_e > Tq_cap_min_fast gilt, und wegen der größeren Beschränkung, wie fett Lambda zugelassen ist, Tq_cap_max_fast_e < Tq_cap_max_fast gilt, wird die Beziehung (6) bereinigt zu P_dr_req – w_eng·Tq_cap_min_fast_e (w_eng, mv_air_charge, lambda_mfel) > P_elec_req > P_dr_req – w_eng·Tq_cap_max_fast_e (w_eng, mv_air_charge, lambda_mfer) (7)
  • Die größere Beschränkung, wie mager und wie fett Lambda zugelassen ist, ergibt sich aus der Tatsache, dass Lambda absichtlich zwischen lambda_mfel und lambda_mfer gesteuert wird, wie in 6 oben gezeigt ist. Diese größere Beschränkung steht der Verwendung des vollen Bereichs von Lambda entgegen, der zu einer stabilen Verbrennung führt, und ist als der Bereich der Kurven in 6 für Motoren mit magerer Verbrennung dargestellt.
  • Eine Technik zur Bestimmung der Werte der Beziehung (7) ist im Wesentlichen identisch mit der Beschreibung bezüglich 4, außer dass Tq_cap_min_fast_e aus einer in einem elektronischen Speicher gespeicherten mehrdimensionalen Nachschlagetabelle bestimmt und durch die Motordrehzahl w_eng, den geschätzten Ladeluftmittelwert mv_air_charge, und die normalisierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze für Emissionen lambda_mfel anstelle der minimalen Motordrehmomentgrenze Tq_cap_min indiziert wird, und dass Tq_cap_max_fast_e aus einer im elektronischen Speicher gespeicherten mehrdimensionalen Nachschlagetabelle bestimmt und durch die Motordrehzahl w_eng, den geschätzten Ladeluftmittelwert mv_air_charge, und die normalisierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze für Emissionen lambda_mfer anstelle der maximalen Motordrehmomentgrenze Tq_cap_max indiziert wird.
  • Normaler Saug- und Auflademotor mit magerer Verbrennung
  • Dieselbe Argumentation zur Emissionsreduzierung, die mit der Begrenzung des Bereichs des Mager- und Fettbetriebs verbunden ist, trifft auch auf normale Saug- und Auflademotoren mit magerer Verbrennung zu. Für normale Saug- und Auflademotoren mit magerer Verbrennung trifft der Bereich des Fett- und Magerbetriebs auf die einzelne minimale und maximale Drehmomentgrenze zu, da schnelle und langsame Drehmomentreaktionen auf eine Anforderung nicht genau unterschieden werden. Bei Anwendungen von normalen Saug- und Auflademotoren mit magerer Verbrennung werden Tq_cap_min_e (w_eng, lambda_mfel) und Tq_cap_max_e (w_eng, lambda_mfer) anstelle von Tq_cap_min und Tq_cap_max, die in (1) definiert sind, verwendet, wobei Tq_cap_min_e > Tq_cap_min und Tq_cap_max_e < Tq_cap_max
  • Daher wird die Beziehung (4) zu P_dr_req – w_eng·Tq_cap_min_e (w_eng, lambda_mfel) > P_elec_req > P_dr_req – w_eng·Tq_cap_max (w_eng, lambda_mfer) (8)
  • Eine Technik zur Bestimmung der Werte der Beziehung (8) ist im Wesentlichen identisch mit der Beschreibung bezüglich 4, außer dass Tq_cap_min_e aus einer in einem elektronischen Speicher gespeicherten mehrdimensionalen Nachschlagetabelle bestimmt und durch die Motordrehzahl w_eng und die normalisierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze für Emissionen lambda_mfel anstelle der minimalen Motordrehmomentgrenze Tq_cap_min indiziert wird, und dass Tq_cap_max_e aus einer im elektronischen Speicher gespeicherten mehrdimensionalen Nachschlagetabelle bestimmt und durch die Motordrehzahl w_eng und die normalisierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze für Emissionen lambda_mfer anstelle der maximalen Motordrehmomentgrenze Tq_cap_max indiziert wird.
  • Mit Bezug auf 7 weist ein HEV-Antriebsstrang 110 eine erste Energiequelle, wie einen Verbrennungsmotor 112, zum Beispiel einen Dieselmotor oder einen Dieselmotor, ein Lastschaltgetriebe 114 zur Erzeugung mehrerer Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnisse, eine elektrische Maschine 116, die mit der Motorkurbelwelle antriebsverbunden ist, und einen Getriebeantrieb 118, wie einen integrierten Startergenerator (CISG) zum Bereitstellen einer Starter/Generatorfähigkeit auf, und kann eine zusätzliche elektrische Maschine 120, die mit der Hinterachse 122 antriebsverbunden ist, wie einen elektrischen Hinterachsantrieb (ERAD) zum Bereitstellen eines zusätzlichen Antriebsvermögens in einem Elektro- oder Hybridantriebsmodus aufweisen. Ein Getriebeabtrieb 124 ist über eine Achsantriebseinheit und einen Differentialmechanismus 126 mit den Vorderachsen 128, 130 verbunden, welche die Vorderräder 132, 133 antreiben. Der ERAD 120 treibt über ein ERAD-Getriebe und einen Differentialmechanismus 136 und über die Hinterachsen 122, 123 die Hinterräder 134, 135 an.
  • Ein elektronisches Motorsteuermodul (ECM) 137 steuert den Betrieb des Motors 112. Ein elektronisches Getriebesteuermodul (TCM) 138 steuert den Betrieb des Getriebes 114. Ein integrierte Startsteuereinrichtung (ISC) 140 steuert den Betrieb des CISG 116, des ERAD 120 und des Systems zum Laden einer elektrischen Batterie 142, welche mit den elektrischen Maschinen 116, 120 elektrisch gekoppelt ist.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine derart, dass ein elektrisches Hilfsmittel für einen Verbrennungsmotor (ICE) geschaffen wird, wobei der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine jeweils ein Drehmoment erzeugen und ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) antreiben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung; Bestimmen einer minimalen Leistungsgrenze und einer maximalen Leistungsgrenze des Motors, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb eines gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen; Bestimmen einer minimalen und einer maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine; Verwenden der Größe der angeforderten Leistung, der minimalen und der maximalen Leistungsgrenze des Motors, und der minimalen und der maximalen elektrischen Leistungsgrenze, um eine obere und eine untere Grenze des elektrischen Hilfsmittels derart zu bestimmen, dass das erforderliche Drehmoment innerhalb des gewünschten Zeitraums bereitgestellt wird; und Betreiben der elektrischen Maschine, um das elektrische Hilfsmittel innerhalb der oberen und der unteren Grenze bereitzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: Schätzen eines Ladeluftmittelwertes eines Turbomotors (34) mit stoichiometrischer Verbrennung; Verwenden des geschätzten Ladeluftmittelwertes, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb des gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: Schätzen eines Ladeluftmittelwertes eines Turbomotors (34) mit stoichiometrischer Verbrennung; Verwenden des geschätzten Ladeluftmittelwertes, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb von zwei Sekunden im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen.
  4. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine derart, dass ein elektrisches Hilfsmittel für einen Verbrennungsmotor (ICE) geschaffen wird, wobei der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine jeweils ein Drehmoment erzeugen und ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) antreiben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung; Bestimmen einer minimalen Leistungsgrenze und einer maximalen Leistungsgrenze des Motors, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb eines gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung und Motorabgasemissionen innerhalb eines gewünschten Bereichs erzeugen, der die aus einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt; Bestimmen einer minimalen und einer maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine; Verwenden der Größe der angeforderten Leistung, der minimalen und der maximalen Leistungsgrenze des Motors, und der minimalen und der maximalen elektrischen Leistungsgrenze, um eine obere und eine untere Grenze des elektrischen Hilfsmittels derart zu bestimmen, dass das erforderliche Drehmoment innerhalb des gewünschten Zeitraums bereitgestellt wird und die Motorabgasemissionen geringer als eine gewünschte Grenze sind; und Betreiben der elektrischen Maschine, um das elektrische Hilfsmittel innerhalb der oberen und der unteren Grenze bereitzustellen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend die Schritte: Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Turbomotor (34) mit magerer Verbrennung fett ist; Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Turbomotor (34) mit magerer Verbrennung mager ist; Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb des gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen und die Motorabgasemissionen innerhalb des gewünschten Bereichs halten, der die aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend die Schritte: Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Turbomotor (34) mit magerer Verbrennung fett ist; Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Turbomotor (34) mit magerer Verbrennung mager ist; Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb von zwei Sekunden im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen und die Motorabgasemissionen innerhalb des gewünschten Bereichs halten, der die aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend die Schritte: Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis für einen Auflademotor (26) mit magerer Verbrennung fett ist; Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Auflademotor (26) mit magerer Verbrennung mager ist; Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb des gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen und die Motorabgasemissionen innerhalb des gewünschten Bereichs halten, der die aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend die Schritte: Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Auflademotor (26) mit magerer Verbrennung fett ist; Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Auflademotor (26) mit magerer Verbrennung mager ist; Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb von zwei Sekunden im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen und die Motorabgasemissionen innerhalb des gewünschten Bereichs halten, der die aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend die Schritte: Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen normalen Saugmotor (12) mit magerer Verbrennung fett ist; Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen normalen Saugmotor (12) mit magerer Verbrennung mager ist; Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb des gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen und die Motorabgasemissionen innerhalb des gewünschten Bereichs halten, der die aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt.
  10. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend die Schritte: Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen normalen Saugmotor (12) mit magerer Verbrennung fett ist; Bestimmen eines normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das relativ zu einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen normalen Saugmotor (12) mit magerer Verbrennung mager ist; Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, um die minimale Leistungsgrenze und die maximale Leistungsgrenze des Motors zu bestimmen, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb von zwei Sekunden im Anschluss an die Drehmomentanforderung erzeugen und die Motorabgasemissionen innerhalb des gewünschten Bereichs halten, der die aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt.
  11. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine derart, dass ein elektrisches Hilfsmittel für einen Verbrennungsmotor (ICE) geschaffen wird, wobei der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine jeweils ein Drehmoment erzeugen und ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) antreiben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung; Bestimmen einer minimalen Leistungsgrenze und einer maximalen Leistungsgrenze des Motors, die eine Reaktion auf eine Drehmomentanforderung innerhalb eines gewünschten Zeitraums im Anschluss an die Drehmomentanforderung und Motorabgasemissionen innerhalb eines gewünschten Bereichs erzeugen, der die aus einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultierenden Emissionen begrenzt; Bestimmen einer minimalen und einer maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine; Verwenden der Größe der angeforderten Leistung, der minimalen und der maximalen Leistungsgrenze des Motors, und der minimalen und der maximalen elektrischen Leistungsgrenze, um eine obere und eine untere Grenze des elektrischen Hilfsmittels zu bestimmen, die eine Funktion der Motordrehzahl, der Ladeluft und eines gewünschten Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sind, so dass das erforderliche Drehmoment innerhalb des gewünschten Zeitraums bereitgestellt wird und die Motorabgasemissionen geringer als eine gewünschte Grenze sind; und Betreiben der elektrischen Maschine, um das elektrische Hilfsmittel innerhalb der oberen und der unteren Grenze bereitzustellen.
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