DE102008036284B4

DE102008036284B4 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008036284B4
Application number: DE102008036284A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rauner; Sammy Weis; Karl Dums
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: JP5179443B2; DE102008036284A1; JP2010038153A; US20100025129A1; CN101644183A; US8079349B2; CN101644183B

Abstract

Ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer durch einen Verdichter (5) aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) zur Lieferung eines vorgebbaren Moments an den Antriebsstrang, wobei die Einlassseite der Brennkraftmaschine über eine Luftmassenleitung (6) an den Verdichter angebunden ist, und wobei die Luftmassenleitung einen Abzweig (7) für eine Sekundärluftleitung (20) aufweist, zur Sekundärlufteinblasung in die Auslassseite (21a, 21b) der Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Katalysators, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmassenleitung klappenlos vorgesehen ist, dass der Antriebsstrang wenigstens eine als Generator betreibbare Elektromaschine umfasst, und dass ein Steuergerät vorgesehen ist das konfiguriert ist um das, aus dem durch die Sekundärlufteinblasung erzeugten Ladedruck resultierende, Überschussmoment der Brennkraftmaschine beim Betrieb des Verdichters als Sekundärluftpumpe durch einen Generatorbetrieb der Elektromaschine auszugleichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bereits bekannt, eine Brennkraftmaschine durch einen Verdichter aufzuladen. Indem nämlich die Einlassseite der Brennkraftmaschine durch den Verdichter im Luftsystem mit einem erhöhten Ladedruck beaufschlagt wird, kann insbesondere die Leistung der Brennkraftmaschine gesteigert werden. Zudem ist es bereits bekannt, im Luftsystem einer Brennkraftmaschine eine Sekundärluftpumpe vorzusehen, zur Sekundärlufteinblasung in die Auslassseite der Brennkraftmaschine, stromaufwärts eines Katalysators. Damit wird der Sauerstoffgehalt im Abgas erhöht und so eine beschleunigte Erwärmung des Katalysators durch Nachverbrennung bewirkt. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Sekundärluftpumpe entfallen zu lassen und in ihrer Funktion durch den Verdichter zu ersetzen. Dann sind jedoch, zusätzlich zur Drosselklappe, weitere Klappen im Luftsystem der Brennkraftmaschine, sowie eine relativ aufwendige Regelung, erforderlich. Denn es muss ja verhindert werden, dass beim Einsatz des Verdichters als Sekundärluftpumpe ein – nicht gewünschter – zusätzlicher Ladedruck und ein daraus resultierendes, Überschussmoment der Brennkraftmaschine entsteht. Eine derartige Vorrichtung ist in der gattungsgemäßen DE 198 41 330 A1 beschrieben.
Ein weiterer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit Sekundärlufteinblasung ist aus der WO 93/01400 A1 bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Antriebsstrang mit einer durch einen Verdichter aufgeladenen Brennkraftmaschine den Entfall der Sekundärluftpumpe bei geringstmöglicher Modifikation des Luftsystems zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Antriebsstrang für das Kraftfahrzeug eine durch einen Verdichter aufgeladene Brennkraftmaschine, zur Lieferung eines vorgebbaren Moments an den Antriebsstrang, umfasst, deren Einlassseite über eine klappenlose Luftmassenleitung an den Verdichter angebunden ist, dass der Antriebsstrang wenigstens eine als Generator betreibbare Elektromaschine umfasst, und dass ein Steuergerät vorgesehen ist das konfiguriert ist um das, aus dem durch eine Sekundärlufteinblasung in die Auslassseite der Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Katalysators erzeugten Ladedruck resultierende, Überschussmoment der Brennkraftmaschine beim Betrieb des Verdichters als Sekundärluftpumpe durch einen Generatorbetrieb der Elektromaschine auszugleichen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem Kraftfahrzeug, dessen Antriebsstrang eine als Generator betreibbare Elektromaschine umfasst, keine zusätzlichen Klappen im Luftsystem der Brennkraftmaschine mit entsprechend aufwendiger Regelung notwendig sind, wenn der Verdichter auch als Sekundärluftpumpe verwendet wird. Vielmehr wird das durch den Betrieb des Verdichters als Sekundärluftpumpe erzeugte Überschussmoment „geduldet”, d. h. die Brennkraftmaschine wird mit höherem Moment betrieben als vom Fahrer des Kraftfahrzeuges, z. B. durch das Fahrpedal, eigentlich vorgegeben. Der Fahrer des Kraftfahrzeuges merkt dies jedoch nicht, da gleichzeitig wenigstens eine als Generator betreibbare Elektromaschine im Antriebsstrang gerade mit einer solchen Last als Generator betrieben wird, die genau das Überschussmoment ausgleicht bzw. kompensiert. Obwohl die Brennkraftmaschine also mit einem höheren Moment betrieben wird, als es vom Fahrer des Kraftfahrzeuges vorgegeben wird, liefert der Antriebsstrang nur das vom Fahrer des Kraftfahrzeuges vorgegebene Moment. Das Überschussmoment wird von der als Generator betriebenen Elektromaschine in elektrische Energie umgewandelt.
Dabei sind nur sehr geringfügige Modifikationen am Luftsystem der Brennkraftmaschine notwendig, indem im Luftsystem nach dem Verdichter ein Abgang vorgesehen wird, der eine Anbindung zum Sekundärluftsystem aufweist. Zusätzlich ist noch eine Software-Änderung in einem entsprechenden Steuergerät vorzunehmen. Dafür kann dann die Sekundärluftpumpe entfallen und entsprechend Kosten eingespart werden. Insbesondere sind keine weiteren Maßnahmen im einlassseitigen Luftsystem der Brennkraftmaschine, wie zusätzliche Klappen oder ähnliches, notwendig. Somit kann beispielsweise bei einem morgendlichen Start des Kraftfahrzeuges, wenn also der Katalysator kalt ist und damit Sekundärluft eingeblasen werden muss, ein elektrischer Anfahrvorgang vorgesehen sein, womit eine Batterie entladen wird und damit durch den Betrieb der Elektromaschine als Generator wieder aufgeladen werden kann.
Der Antriebsstrang ist bevorzugt in einem Hybridfahrzeug vorgesehen, da hier zumeist bereits eine entsprechend dimensionierte Elektromaschine vorhanden ist, beispielsweise als Kurbelwellen-Starter-Generator, sowie eine entsprechend leistungsstarke Batterie, zur Speicherung der beim Betrieb einer solchen Elektromaschine als Generator anfallenden elektrischen Energiemenge.
In einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verdichter als Kompressor vorgesehen. Ein derartiger Kompressor, der entweder über einen Riementrieb von der Brennkraftmaschine oder über einen Elektromotor angetrieben wird, stellt eine bewährte Möglichkeit zur Aufladung einer Brennkraftmaschine dar.
In einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verdichter als Abgasturbolader ausgeführt. Indem die Abgasenergie der Brennkraftmaschine eine Turbine dreht und damit den Verdichter antreibt, ergibt sich eine besonders gute Energieausnutzung.
Bevorzugt ist die Sekundärluftleitung zumindest abschnittsweise als Schlauchverbindung ausgeführt. Da erfindungsgemäß keine zusätzlichen Klappen in der Sekundärluftleitung notwendig sind, ermöglicht dies eine einfache und an einen vorhandenen Bauraum gut anpassbare Realisierung.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass die Sekundärluftleitung ein Ventil aufweist. Dies ermöglicht ein einfaches Öffnen der Sekundärluftleitung, wenn Sekundärluft in die Auslassseite der Brennkraftmaschine eingeblasen werden soll. Zudem ermöglicht dies eine sichere Verhinderung von Rückwirkungen der Auslassseite der Brennkraftmaschine auf das Luftsystem (Schutz vor Rückschlag).
Das Ventil und/oder ggf. vorhandene Sekundärluftventile können pneumatisch über ein elektrisch angesteuertes Steuerventil betätigt werden. Derartige pneumatisch angesteuerte Ventile werden häufig eingesetzt und sind dann über das einzelne, elektrisch angesteuerte Steuerventil von einem Steuergerät ansteuerbar.
Alternativ sind das Ventil und/oder die Sekundärluftventile elektrisch angesteuerte Ventile. Zur Anbindung an ein Steuergerät sind dann entsprechende elektrische Leitungen notwendig, wobei gegenüber pneumatisch angesteuerten Ventilen die Pneumatikleitungen und ggf. sogar ein zugeordnetes Unterdruckreservoir entfallen können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebsstrang in einem Hybridfahrzeug vorgesehen, das als Einwellen-Parallelhybrid ausgeführt ist. Hierbei sind die Brennkraftmaschine und eine einzelne Elektromaschine, die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist, auf einer gemeinsamen Welle zum Antrieb des Hybridfahrzeuges angeordnet. Indem eine entsprechende Kupplung zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine vorgesehen ist, ist dann wahlweise von der Elektromaschine und/oder von der Brennkraftmaschine ein vorgebbares Moment in den Antriebsstrang einleitbar, zum Antrieb wenigstens eines Rades des Hybridfahrzeuges.
Die erfindungsgemäße Verwendung des Verdichters als Sekundärluftpumpe ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Temperatur des Katalysators sich unterhalb einer Grenztemperatur befindet, womit durch das Einblasen von Sekundärluft der Katalysator schnell erwärmt wird um so seine optimale Betriebstemperatur zu erreichen. Um die beim Betrieb der Elektromaschine als Generator anfallende elektrische Energiemenge auch speichern zu können, kann zusätzlich eine Verwendung nur dann vorgesehen sein, wenn der Ladezustand einer Batterie (SOC), z. B. einer Hochvoltbatterie, unterhalb eines Schwellwertes liegt und die Batterie somit geladen werden muss; andernfalls müsste die anfallende elektrische Energiemenge anderweitig abgeführt werden. Beispielsweise ist eine erfindungsgemäße Verwendung bei einem Anfahrvorgang des Hybridfahrzeuges nach längerem Stillstand vorgesehen.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. zeigt das Luftsystem 2 einer Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeuges. Die Rohluft wird dabei über einen Luftfilter 3 in das Luftsystem eingeführt. Stromabwärts des Luftfilters 3 ist eine Drosselklappe 4 angeordnet. Wiederum stromabwärts der Drosselklappe 4 ist ein Verdichter 5 vorgesehen. Der Verdichter 5 erhöht den Ladedruck der Luft, die aus der Drosselklappe 4 strömt. Dem Verdichter 5 nachgeordnet ist die Luftmassenleitung 6 mit zwei angeschlossenen Ladeluftkühlern 6a, 6b, zur Versorgung von zwei Zylinderbänken 11a, 11b der Brennkraftmaschine 1. Der Kompressor 5 versorgt also die Einlassseite der Brennkraftmaschine 1 mit Luft, wobei die Luftmassenleitung 6 zwischen Verdichter 5 und Einlassseite der Brennkraftmaschine 1 klappenlos ausgeführt ist. Wenn der Verdichter 5 von der Brennkraftmaschine 1 über einen Ketten- oder Riementrieb angetrieben wird, ist zur exakten Regelung der Luftmenge durch den Verdichter 5 im Luftmassenstrom noch eine Verdichter-Regelklappe 25 angeordnet; diese kann bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter 5 entfallen.
In der Luftmassenleitung 6 ist nun ein Abzweig 7 vorgesehen, über den das Luftsystem stromabwärts des Verdichters 5 an die Auslassseite 21a, 21b der Brennkraftmaschine 1 angebunden ist. Hierzu ist eine abschnittsweise als Schlauch ausgeführte Sekundärluftleitung 20 vorgesehen, welche den Abzweig 7 an zwei Sekundärluftventile 22a, 22b anbindet. Die Sekundärluftventile 22a, 22b sind zur Steuerung der Frischluftmenge in der jeweiligen Auslassseite 21a, 21b der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen. Weiterhin ist ein Ventil 23 vorgesehen, z. B. ein Schubumluftventil; zum bedarfsweisen Öffnen und Schließen der Sekundärluftleitung 20 und damit zum Einblasen von Sekundärluft in die Abgasseiten 21a, 21b der Brennkraftmaschine 1. Weiterhin ist eine Drossel 24 vorgesehen, zur Beeinflussung des Luftmassenstroms in der Sekundärluftleitung 20. Durch die Drossel 24 ist beispielsweise bei einem großen Querschnitt der Sekundärluftleitung 20 ein konstanter Druck vorgebbar.
Damit ergibt sich in dieser besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als einzige Modifikation beim Entfall der Sekundärluftpumpe am herkömmlichen Luftsystem einer Brennkraftmaschine 1 mit einem von der Brennkraftmaschine 1 über einen Ketten- oder Riementrieb angetrieben Verdichter 5 die Vorsehung eines entsprechenden Abzweigs 7 und der Sekundärluftleitung 20 mit dem Ventil 23 sowie der Drossel 24. Die als Schlauch ausgeführt Sekundärluftleitung 20 kann dabei flexibel, abhängig von einem vorgegebenen Bauraum, vom Luftsystem zur Abgasseite der Brennkraftmaschine 1 geführt werden. Insbesondere kann die Sekundärluftleitung 20 auch anteilig als Rohr ausgeführt werden. In jedem Fall entfällt eine nun nicht mehr benötigte Sekundärluftpumpe, die über einen Abgang zwischen dem Luftfilter 3 und der Drosselklappe 4 mit Luft versorgt werden würde.
Die Sekundärluftventile 22a, 22b und das Ventil 23 sind in dieser Ausführungsform als pneumatische Ventile vorgesehen, die über ein Unterdruckreservoir 29 druckversorgt werden. Zur Ansteuerung dient ein elektrisches Steuerventil 28, welches von einem entsprechenden Steuergerät elektrisch kontaktiert wird. Alternativ können das Steuerventil 28 und das Unterdruckreservoir 29 entfallen, wenn das Ventil 23 und die Sekundärluftventile 22a, 22b als elektrische Ventile ausgeführt sind.

Claims

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer durch einen Verdichter (5) aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) zur Lieferung eines vorgebbaren Moments an den Antriebsstrang, wobei die Einlassseite der Brennkraftmaschine (1) über eine Luftmassenleitung (6) an den Verdichter (5) angebunden ist, und wobei die Luftmassenleitung (6) einen Abzweig (7) für eine Sekundärluftleitung (20) aufweist, zur Sekundärlufteinblasung in die Auslassseite (21a, 21b) der Brennkraftmaschine (1) stromaufwärts eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmassenleitung (6) klappenlos vorgesehen ist, dass der Antriebsstrang wenigstens eine als Generator betreibbare Elektromaschine umfasst, und dass ein Steuergerät vorgesehen ist, das konfiguriert ist, um das, aus dem durch die Sekundärlufteinblasung erzeugten Ladedruck resultierende, Überschussmoment der Brennkraftmaschine (1) beim Betrieb des Verdichters (5) als Sekundärluftpumpe durch einen Generatorbetrieb der Elektromaschine auszugleichen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Verdichter (5) als Kompressor ausgeführt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Verdichter (5) als Abgasturbolader ausgeführt ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärluftleitung (20) zumindest abschnittsweise als Schlauchverbindung vorgesehen ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärluftleitung (20) ein Ventil (23) aufweist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ventil (23) und/oder Sekundärluftventile (22a, 22b) pneumatisch über ein elektrisch ansteuerbares Steuerventil (28) betätigbar sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ventil (23) und/oder Sekundärluftventile (22a, 22b) elektrisch betätigbar sind.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Antriebsstrang als Einwellen-Parallelhybrid-Antriebsstrang ausgebildet ist, bei dem eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine auf einer einzigen, gemeinsamen Welle angeordnet sind.
Verfahren zur Sekundärlufteinblasung in einem Hybridfahrzeug mit einer durch einen Verdichter (5) aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) und wenigstens einer als Generator betreibbaren Elektromaschine, wobei zumindest die Brennkraftmaschine (1) ein vorgebbares Moment an wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeuges liefern kann, wobei die Einlassseite der Brennkraftmaschine (1) über eine klappenlose Luftmassenleitung an den Verdichter (5) angebunden ist welche einen Abzweig für eine Sekundärluftleitung (20) aufweist, zur Sekundärlufteinblasung in die Auslassseite der Brennkraftmaschine (1) stromaufwärts eines Katalysators, und wobei das, aus dem durch die Sekundärlufteinblasung erzeugten Ladedruck resultierende, Überschussmoment der Brennkraftmaschine (1) beim Betrieb des Verdichters (5) als Sekundärluftpumpe durch einen Generatorbetrieb der Elektromaschine ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren zumindest dann durchgeführt wird, wenn die Temperatur des Katalysators kleiner als eine Grenztemperatur ist.