DE102008027620B4 - Verfahren zur Reduzierung von Emissionen und Drehmomentreaktionsverzögerungen in einem Hybrid-Elektrofahrzeug - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine derart, dass ein elektrisches Hilfsmittel für einen Verbrennungsmotor geschaffen wird, wobei der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine jeweils ein Drehmoment erzeugen und ein Hybrid-Elektrofahrzeug antreiben, so dass eine angeforderte Leistung durch die elektrische Maschine in Kombination mit dem Verbrennungsmotor bereitgestellt wird, wobei der Verbrennungsmotor ein Turbomotor (34), ein Auflademotor (26) oder ein Saugmotor (12) ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung (P_dr_req); Bestimmen einer normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze (lambda_mfel) für den Verbrennungsmotor (34, 26, 12); Bestimmen einer normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze (lambda_mfer) für den Verbrennungsmotor (34, 26, 12); Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze (lambda_mfel) und der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze (lambda_mfer), um eine minimale Drehmomentgrenze (Tq_cap_min_fast_e) und eine maximale Drehmomentgrenze (Tq_cap_max_fast_e) des Verbrennungsmotors (34, 26, 12) zu bestimmen, Verwenden der Drehmomentgrenzen (Tq_cap_min_fast_e; Tq_cap_max_fast_e) um eine Reaktion auf die Drehmomentanforderung (Tq_eng_req) des Verbrennungsmotors (34, 26, 12) innerhalb von zwei Sekunden im Anschluss an die Drehmomentanforderung (Tq_eng_req) zu erzeugen und Motorabgasemissionen innerhalb eines gewünschten Bereichs zu halten, der die aus der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze (lambda_mfel) und der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze (lambda_mfer) resultierenden Emissionen begrenzt; Bestimmen einer minimalen und einer maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine; Verwenden der Größe der angeforderten Leistung (P_dr_req), der minimalen und der maximalen Drehmomentgrenzen (Tq_cap_min_fast_e; Tq_cap_max_fast_e) des Verbrennungsmotors (34, 26, 12), und der minimalen und der maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine, so dass die angeforderte Leistung durch die elektrische Maschine in Kombination mit dem Verbrennungsmotor innerhalb des gewünschten Zeitraums bereitgestellt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), dessen Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor (ICE) aufweist, und insbesondere ein HEV, dessen Motor (Verbrennungsmotor) ein normaler Saug-ICE mit stöchiometrischer oder magerer Verbrennung, ein Auflade-ICE mit stöchiometrischer oder magerer Verbrennung, oder ein Turbo-ICE mit stöchiometrischer 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. Diesbezüglich offenbart die
DE 10 2006 031 570 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, offenbart dieDE 10 2005 032 670 A1 ein Verfahren zur Steuerung der Antriebsleistungsverteilung in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, offenbart dieDE 10 2005 008 156 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebssystems und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, offenbart dieDE 10 2005 047 940 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Momentensteuerung eines Hybridkraftfahrzeugs, offenbart dieWO2006/032976A1 DE 10 2004 044 507 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebs und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und offenbart dieDE 10 2004 021 370 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung eines Hybridfahrzeugs. - Es besteht weiterhin ein Bedarf, derartige, oben genannte Unbeständigkeiten zu beseitigen, wenn verschiedene Motorkonfigurationen in einem HEV-Antriebsstrang verwendet werden. Zum Beispiel wird bei Anwendungen eines HEV mit stöchiometrischem Turbomotor ein unbeständig wahrgenommener „Turbolag” von dem Fahrzeugbediener als negativ empfunden.
- Elektrische Hybridisierung ermöglicht ein besseres System zum Ausgleichen der Beständigkeit in der Fahrzeug drehmomentreaktion 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.
- Dies bezüglich stellt die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch bereit.
- Ferner, bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor, der ein Drehmoment erzeugt, und einer elektrischen Maschine, die ein Drehmoment erzeugt, angetrieben wird, umfasst ein in dieser Beschreibung beschriebenes Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, um ein elektrisches Hilfsmittel für den Verbrennungsmotor zu schaffen, Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung, Bestimmen einer minimalen Leistungsgrenze und einer maximalen Leistungsgrenze des Verbrennungsmotors, 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 Verbrennungsmotors, 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 stöchiometrischer oder magerer Verbrennung; -
2 ein Schema eines Auflademotors mit stöchiometrischer oder magerer Verbrennung; -
3 ein Schema eines Turbomotors mit stöchiometrischer 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 stöchiometrischer Verbrennung; -
5 ein Diagramm, das die Emissionsumwandlungseffizienz eines bei einem Verbrennungsmotor mit stöchiometrischer Verbrennung verwendeten Dreiwege-Abgaskatalysators darstellt; -
6 ein Diagramm, das qualitativ die Variation von 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 Antriebsstrang10 für ein HEV einen normalen Saugmotor12 mit stöchiometrischer oder magerer Verbrennung auf, dessen Kurbelwelle14 eine Kombination16 von Antriebskomponenten, wie eines Getriebes und elektrischen Maschinen, und Abtriebsräder18 antreibt, welche über das Getriebe und die elektrischen Maschinen16 mit dem Motor antriebsverbunden sind. Die elektrischen Maschinen können abwechselnd als ein Elektromotor und ein Elektrogenerator wirken. Eine elektrische Batterie20 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 Räder18 oder der Motor12 den Generator antreiben. Der Motor12 weist eine Ansaugleitung22 , welche ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft an die Motorzylinder zur Verbrennung überträgt, und eine Abgasleitung24 auf, welche Abgas und andere Verbrennungsprodukte aus den Zylindern überträgt. -
2 zeigt einen HEV-Antriebsstrang, welcher einen Auflademotor26 mit stöchiometrischer oder magerer Verbrennung aufweist. Ein Auflader28 , dessen Rotor über einen Riemen mit der Kurbelwelle14 antriebsverbunden ist oder von einem Elektromotor angetrieben wird, führt Umgebungsluft in seinen Einlass30 , komprimiert die Luft, wenn sich der Rotor dreht, und überträgt die komprimierte Luft über seinen Auslass32 an die Ansaugleitung22 . -
3 zeigt einen HEV-Antriebsstrang, welcher einen Turbomotor34 mit stöchiometrischer oder magerer Verbrennung aufweist. Ein Turbolader36 weist eine Gasturbine38 , die durch Abgas, das aus der Abgasleitung24 austritt, angetrieben wird, eine Rotorwelle40 , die an der Gasturbine38 befestigt ist, und einen Kompressor42 auf, der an der Rotorwelle40 befestigt ist. Umgebungsluft, die in den Kompressor42 gesaugt wird, wird mit Druck beaufschlagt und über die Ansaugleitung22 an die Motorzylinder übertragen. - Normaler Saugmotor mit stöchiometrischer 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 bzw. Leistung ergänzt.
- Die angeforderte Leistung wird durch eine elektrische Leistungsquelle in Kombination mit dem Motor (Verbrennungsmotor) 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) - 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 stöchiometrischer Verbrennung aufweist, zu koordinieren.
- Eine Technik zur Bestimmung der Beziehung (4) unter Verwendung einer Steuereinrichtung
54 ist in4 dargestellt. Die minimale Motordrehmomentgrenze50 und die maximale Motordrehmomentgrenze52 werden von der Steuereinrichtung54 aus einem der Steuereinrichtung zugänglichen elektronischen Speicher bestimmt und durch die momentane Motordrehzahl56 indiziert, welche der Steuereinrichtung als ein Eingangssignal58 bereitgestellt wird. - Bei
60 wird die minimale Motordrehmomentkapazität50 mit der Motordrehzahl multipliziert, und das Minus dieses Produktes wird an der Summierstelle62 zu der von dem Fahrzeugbediener angeforderten Nettoradleistung61 P_dr_req addiert, wodurch eine maximale elektrische Leistungsgrenze64 erzeugt wird, welche in einem Minimum-Selektor66 vorliegt. Gleichermaßen wird bei68 die maximale Motordrehmomentgrenze52 mit der Motordrehzahl multipliziert, und das Minus dieses Produkts wird an der Summierstelle70 zu der von dem Fahrzeugbediener angeforderten Nettoradleistung61 P_dr_req addiert, wodurch eine minimale elektrische Leistungsgrenze72 erzeugt wird, welche in einem Maximum-Selektor74 vorliegt. - Bei
75 wird der größere Wert der minimalen elektrischen Hardware-Leistungsgrenze76 und der optimalen elektrischen Leistungsanforderung78 ausgewählt und an einen Minimum-Selektor79 abgegeben, welcher den geringeren Wert dieser Eingabe und der maximalen elektrischen Hardware-Leistungsgrenze80 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-Selektor66 ab, welcher eine Leistungsbegrenzungsanforderung82 P_elec_req erzeugt. - An der Summierstelle
84 wird die Leistungsbegrenzungsanforderung82 von der Nettoradleistung61 subtrahiert, wodurch die Motorleistungsanforderung86 P_eng_req erzeugt wird, welche bei88 durch die momentane Motordrehzahl56 dividiert wird, um die Motordrehmomentanforderung90 Tq_eng_req zu erzeugen. - Turbomotor mit stöchiometrischer Verbrennung
- Obwohl geringe Änderungen des zur Erzeugung durch einen Turbomotor
34 mit stöchiometrischer Verbrennung (3 ) angeforderten Motordrehmoments eine Verzögerung der dynamischen Drehmomentreaktion erzeugt, die gleich der eines normalen Saugverbrennungsmotors12 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 auf4 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 Turbomotor34 durch zwei Grenzen bestimmt, die bezeichnet werden alsTq_cap_min_fast(w_eng, mv_air_charge) Tq_cap_max_fast(w_eng, mv_air_charge) - Der Parameter mv_air_charge dient als einer der entscheidenden Zustande, 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 Verbrennungsmotors 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) 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 stöchiometrische 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 stöchiometrische 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 Stöchiometrie, 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) Tq_cap_max_fast_e(w_eng, mv_air_charge, lambda_mfer) - Die Fettgrenze und die Magergrenze werden durch Kalibrierung bestimmt, um die Emissionsvorschriften zu erfüllen. Für stöchiometrische Verbrennungsmotoren werden minimale Emissionen üblicherweise um die Stöchiometrie herum erreicht. Emissionen für stöchiometrische Verbrennungsmotoren sind unter verschiedenen Motor- und Katalysatortechnologien relativ beständig. Emissionen werden von der Umwandlungseffizienz eines Dreiwege-Katalysators dominiert, wo die Kombination aus Umwandlungen von CO, HC und NOx um die Stöchiometrie herum den Höchstwert erreicht, wie in
5 gezeigt ist. Experimentelle Versuche in Abhängigkeit von Emissionen von tatsächlich zugeführtem Gas aus dem Verbrennungsmotor (Vorkatalysator) und exakten Umwandlungseffizienzen des Dreiwege-Katalysators bestimmen, welche Kalibrierungen für lambda_mfel und lambda_mfer die Emissionsvorschriften erfüllen. - Für Verbrennungsmotoren mit magerer Verbrennung, wie den Dieselmotor, ist die Spanne von möglichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen viel breiter als bei Verbrennungsmotoren mit stöchiometrischer 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 Emissionen, 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 Emissionen 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 in6 für Verbrennungsmotoren 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 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-Antriebsstrang110 eine erste Energiequelle, wie einen Verbrennungsmotor112 , zum Beispiel einen Dieselmotor oder einen Dieselmotor, ein Lastschaltgetriebe114 zur Erzeugung mehrerer Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnisse, eine elektrische Maschine116 , die mit der Motorkurbelwelle antriebsverbunden ist, und einen Getriebeantrieb118 , wie einen integrierten Startergenerator (CISG) zum Bereitstellen einer Starter/Generatorfähigkeit auf, und kann eine zusätzliche elektrische Maschine120 , die mit der Hinterachse122 antriebsverbunden ist, wie einen elektrischen Hinterachsantrieb (ERAD) zum Bereitstellen eines zusätzlichen Antriebsvermögens in einem Elektro- oder Hybridantriebsmodus aufweisen. Ein Getriebeabtrieb124 ist über eine Achsantriebseinheit und einen Differentialmechanismus126 mit den Vorderachsen128 ,130 verbunden, welche die Vorderräder132 ,133 antreiben. Der ERAD120 treibt über ein ERAD-Getriebe und einen Differentialmechanismus136 und über die Hinterachsen122 ,123 die Hinterräder134 ,135 an. - Ein elektronisches Motorsteuermodul (ECM)
137 steuert den Betrieb des Motors112 . Ein elektronisches Getriebesteuermodul (TCM)138 steuert den Betrieb des Getriebes114 . Ein integrierte Startsteuereinrichtung (ISC)140 steuert den Betrieb des CISG116 , des ERAD120 und des Systems zum Laden einer elektrischen Batterie142 , welche mit den elektrischen Maschinen116 ,120 elektrisch gekoppelt ist.
Claims (1)
- Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine derart, dass ein elektrisches Hilfsmittel für einen Verbrennungsmotor geschaffen wird, wobei der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine jeweils ein Drehmoment erzeugen und ein Hybrid-Elektrofahrzeug antreiben, so dass eine angeforderte Leistung durch die elektrische Maschine in Kombination mit dem Verbrennungsmotor bereitgestellt wird, wobei der Verbrennungsmotor ein Turbomotor (
34 ), ein Auflademotor (26 ) oder ein Saugmotor (12 ) ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Größe einer von einem Fahrzeugbediener angeforderten Leistung (P_dr_req); Bestimmen einer normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze (lambda_mfel) für den Verbrennungsmotor (34 ,26 ,12 ); Bestimmen einer normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze (lambda_mfer) für den Verbrennungsmotor (34 ,26 ,12 ); Verwenden der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze (lambda_mfel) und der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze (lambda_mfer), um eine minimale Drehmomentgrenze (Tq_cap_min_fast_e) und eine maximale Drehmomentgrenze (Tq_cap_max_fast_e) des Verbrennungsmotors (34 ,26 ,12 ) zu bestimmen, Verwenden der Drehmomentgrenzen (Tq_cap_min_fast_e; Tq_cap_max_fast_e) um eine Reaktion auf die Drehmomentanforderung (Tq_eng_req) des Verbrennungsmotors (34 ,26 ,12 ) innerhalb von zwei Sekunden im Anschluss an die Drehmomentanforderung (Tq_eng_req) zu erzeugen und Motorabgasemissionen innerhalb eines gewünschten Bereichs zu halten, der die aus der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magergrenze (lambda_mfel) und der normalisierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fettgrenze (lambda_mfer) resultierenden Emissionen begrenzt; Bestimmen einer minimalen und einer maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine; Verwenden der Größe der angeforderten Leistung (P_dr_req), der minimalen und der maximalen Drehmomentgrenzen (Tq_cap_min_fast_e; Tq_cap_max_fast_e) des Verbrennungsmotors (34 ,26 ,12 ), und der minimalen und der maximalen elektrischen Leistungsgrenze der elektrischen Maschine, so dass die angeforderte Leistung durch die elektrische Maschine in Kombination mit dem Verbrennungsmotor innerhalb des gewünschten Zeitraums bereitgestellt wird.
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