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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung
eines Kraftfahrzeugs, die zumindest zwei unterschiedliche Antriebsaggregate,
nämlich eine Brennkraftmaschine als erstes Antriebsaggregat
und ein zweites Antriebsaggregat, insbesondere eine elektrische
Maschine, aufweist, wobei die Brennkraftmaschine über mindestens
einen Zylinder verfügt, der während eines Zylindernormalbetriebs
ein Zylindermoment erzeugt, welches zumindest einen Teil des von
der Brennkraftmaschine gelieferten Drehmoments bildet. Die Erfindung
betrifft ferner eine Hybridantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs
sowie ein elektronisches Steuergerät.
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Stand der Technik
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Einer
der Hauptvorteile einer Hybridantriebsvorrichtung ist, neben den
niedrigeren Abgasemissionen im Gegensatz zu einer konventionellen
Brennkraftmaschine, der geringere Kraftstoffverbrauch. Dieser kann
erzielt werden, indem man die Brennkraftmaschine in günstigen
Betriebspunkten von einem Antriebsstrang trennt und automatisch
stoppt. Bei einer Strong-Hybridantriebsvorrichtung reicht in einer
Batterie gespeicherte Energie aus, um das Kraftfahrzeug weiter zu
bewegen. Die Dauer dieses Betriebszustands hängt in erster
Linie von einem gewünschten Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs, vor
allem aber von dem Energiespeicher ab. Sinkt der Energieinhalt des
Energiespeichers unter eine vorgegebene Schwelle, wird die Brennkraftmaschine automatisch
gestartet und an den Antriebsstrang angekuppelt. Durch eine Umschaltung
der elektrischen Maschine in einen generatorischen Betrieb kann
nun wieder Energie in den Energiespeicher zurückgespeist
werden (Rekuperation). Eine Durchführung der Rekuperation
richtet sich grundlegend nach dem Energiespeicher aus, da die im
Automotive- Bereich üblichen Hochvoltbatterien systemberichtbedingt
nie tiefentladen werden dürfen. Aus diesem Grund wird darauf
geachtet, dass sich der Energiespeicher immer in einem durch die
Konstruktion bedingten Ladefenster befindet.
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Um
die angeführten niedrigeren Abgasemissionen der Hybridantriebsvorrichtung
in jedem Betriebszustand zu gewährleisten und außerdem
eine Schädigung einer der Brennkraftmaschine nachgeschalteten
Katalysatoranlage zu vermeiden, ist es notwendig, an der Brennkraftmaschine
auftretende Fehler zu erkennen und entsprechend darauf zu reagieren.
In der
DE 100 06 004
C1 ist ein Verfahren zur Verbrennungsaussetzungserkennung
bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen mit mehreren gleichzeitig
zündenden Zylindern beschrieben. Dieses Verfahren wird
verwendet, um Verbrennungsaussetzer der Brennkraftmaschine zu erkennen
und einen Fahrer des Kraftfahrzeugs darüber zu informieren.
Aufgrund dieser Informationen kann der Fahrer nun eine schnellstmögliche
Reparatur der Brennkraftmaschine veranlassen. Während des
fortgesetzten Betriebs der Brennkraftmaschine, beispielsweise auf
einer Fahrt in eine Werkstatt, kann es jedoch zu einem Überschreiten
von geforderten Abgasgrenzwerten und, durch Ausscheiden unverbrannten
Kraftstoffs, zu einer Schädigung der Katalysatoranlage
kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer
Hybridantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit den im Anspruch
1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil,
dass der Betrieb der Hybridantriebsvorrichtung fortgesetzt werden
kann, ohne dass die geforderten Abgasgrenzwerte dauerhaft überschritten
werden, oder die Katalysatoranlage geschädigt wird. Dies
wird erreicht, indem bei einem Auftreten von mindestens einem Aussetzer
des Zylinders auf einen Zylinderhilfsbetrieb umgestellt wird, bei
dem der Zylinder deaktiviert und ein dem dadurch weggefallenen Zylindermoment entsprechendes
Moment im Wesentlichen von dem zweiten Antriebsaggregat erzeugt
wird. Liegt also mindestens ein Aussetzer des Zylinders vor, so
wird für den Zylinder ein Zylinderhilfsbetrieb durchgeführt. Das
Feststellen des Aussetzers kann beispielsweise über eine
Diagnosevorrichtung der Hybridantriebsvorrichtung erfolgen. Es ist
nicht notwendig, dass der Zylinder nach einmaligem Aussetzen auf
den Zylinderhilfsbetrieb umgestellt wird. Dies kann vielmehr fallabhängig
erfolgen, beispielsweise über einen, weitere Parameter
der Hybridantriebsvorrichtung in Betracht ziehenden, in der Diagnosevorrichtung
vorgesehenen Algorithmus. Dies bedeutet, dass der Zylinderhilfsbetrieb
erst bei mehrfach auftretenden Aussetzern des Zylinders aktiviert
werden kann. Bei dem Zylinderhilfsbetrieb wird der Zylinder deaktiviert
beziehungsweise abgeschaltet. Damit wird verhindert, dass es durch
die Aussetzer des Zylinders zu einer Nichteinhaltung der geforderten
Abgasgrenzwerte oder zu einer Schädigung der Katalysatoranlage kommen
kann. Letztere kann auftreten, wenn unverbrannter Kraftstoff der
Brennkraftmaschine in einen Abgastrakt der Brennkraftmaschine gelangt
und/oder durch den Aussetzer des Zylinders die Temperaturen im Abgastrakt
ansteigen. Ist der Zylinder deaktiviert, so entfällt das
durch den Zylinder erzeugte Zylindermoment. Daraus folgt ein unrunder
Lauf der Brennkraftmaschine und ein Abfall des von der Brennkraftmaschine
gelieferten Drehmoments. Um sowohl einen ruhigen Lauf der Hybridantriebsvorrichtung
zu gewährleisten, damit der Fahrkomfort des Fahrers des
Kraftfahrzeugs nicht beeinträchtigt wird, als auch den
Abfall des Drehmoments zu vermeiden, ist vorgesehen, dass das zweite
Antriebsaggregat ein Moment erzeugt, das dem durch Deaktivieren
des Zylinders weggefallenen Zylindermoment entspricht. Das bedeutet,
dass das zweite Antriebsaggregat bei dem Zylinderhilfsbetrieb zumindest
zeitweise einen größeren Teil des von der Hybridantriebsvorrichtung
gelieferten Drehmoments liefern kann als bei dem Zylindernormalbetrieb.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für ein Diagnostizieren
des Aussetzers ein Kurbelwellensignal beziehungsweise ein dem Zylinder zuordenbares
Kurbelwellendrehsegmentsignal ausgewertet wird. An einer Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine ist also beispielsweise ein Sensor vorgesehen,
mit dem ein Drehverlauf der Kurbelwelle überwacht werden
kann. Treten in dem Drehverlauf der Kurbelwelle Unregelmäßigkeiten
auf, so kann aus diesen auf Aussetzer des Zylinders geschlossen
werden. Vorteilhafterweise wird das dem Zylinder zugeordnete/zuordenbare
Kurbelwellendrehsegmentsignal ausgewertet. Das Kurbelwellendrehsegmentsignal
ergibt sich aus einem Kurbelwellensignal, das dem dem Zylinder zugeordneten
Drehsegment der Kurbelwelle zugeordnet ist. Dabei ist jedem Zylinder der
Brennkraftmaschine ein Drehsegment der Kurbelwelle zugeordnet. Durch
Auswerten des Signals des Kurbelwellendrehsegments beziehungsweise der
Kurbelwellendrehsegmente kann also auf Aussetzer des Zylinders geschlossen
werden beziehungsweise festgestellt werden, in welchem Zylinder die
Aussetzer auftreten.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf den Zylinderhilfsbetrieb
umgestellt wird, sobald eine Anzahl von diagnostizierten Aussetzern
einen Grenzwert überschreitet und/oder eine Temperatur
eines Katalysators einen Temperaturgrenzwert überschreitet.
Es muss also nicht vorgesehen sein, dass auf den Zylinderhilfsbetrieb
umgestellt wird, sobald ein Aussetzer des Zylinders auftritt. Es
ist vielmehr vorgesehen, dass ein Grenzwert festgelegt wird und
erst auf den Zylinderhilfsbetrieb umgestellt wird, sobald die Anzahl
der Aussetzer beziehungsweise die Anzahl der diagnostizierten Aussetzer
diesen Grenzwert überschreitet. Der Grenzwert kann dabei
beliebig festgelegt sein und während des Betriebs der Hybridantriebsvorrichtung
auf Basis anderer Eingangsgrößen angepasst werden.
Der Zylinderhilfsbetrieb kann außerdem vorgesehen sein, wenn
die Temperatur des Katalysators einen Temperaturgrenzwert überschreitet.
Damit soll verhindert werden, dass der Katalysator aufgrund der
Aussetzer des Zylinders, die einen Anstieg der Temperatur verursachen
können, beschädigt wird. Die Temperatur des Katalysators
ist vorzugsweise über eine Temperaturmesseinrichtung an/in
dem Katalysator vorsehbar.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Antriebsaggregat
mit einem Energiespeicher wirkverbunden ist. Das bedeutet zunächst,
dass das zweite Antriebsaggregat mit Energie aus dem Energiespeicher
betreibbar ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Energiespeicher
mittels des zweiten Antriebsaggregats aufladbar ist. Es ist vorteilhaft,
wenn das zweite Antriebsaggregat zu diesem Zweck mit der Brennkraftmaschine verbunden
ist. Das zweite Antriebsaggregat kann beispielsweise eine elektrische
Maschine sein, die durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird,
als Generator wirkt und damit Energie erzeugt, die in dem Energiespeicher
gespeichert werden kann.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Energiespeicher
eine Hochvoltbatterie verwendet wird. Hochvoltbatterien sind vorteilhaft
für Hybridantriebsvorrichtungen einsetzbar, weil sie eine hohe
Kapazität und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zylinderhilfsbetrieb
zeitbegrenzt durchgeführt wird, insbesondere bei einem
niedrigen Energiepegel des Energiespeichers. Dies kann beispielsweise
vorgesehen sein, wenn lediglich einzelne Aussetzer des Zylinders
auftreten. Damit ist gemeint, dass von dem Zylinderhilfsbetrieb
auf den Zylindernormalbetrieb umgestellt wird, sofern der Zylinder zumindest
noch teilweise betriebsfähig ist. Ein teilweise betriebsfähiger
Zylinder, also ein Zylinder, der nur zeitweise Aussetzer aufweist,
kann beispielsweise auf den Zylinderhilfsbetrieb umgestellt werden, wenn
die Temperatur des Katalysators den Temperaturgrenzwert überschreitet.
Sobald die Temperatur des Katalysators abgesunken ist und sich wieder
unterhalb des Temperaturgrenzwerts befindet, kann wieder von dem
Zylinderhilfsbetrieb auf den Zylindernormalbetrieb umgestellt werden.
Dies geschieht insbesondere in Abhängigkeit von einem Ladestand des
Energiespeichers. Hier können einzelne Aussetzer des Zylinders
in Kauf genommen werden, um das Zylindermoment zum Aufladen des
Energiespeichers zu verwenden und/oder um einen Weiterbetrieb der Hybridantriebsvorrichtung
sicherzustellen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zeitbegrenzte Zylinderhilfsbetrieb
basierend auf einer Analyse des mindestens einen Aussetzers durchgeführt
wird. Liegt ein Muster des mindestens einen Aussetzers vor, so kann
dieses Muster durch eine geeignete Prädiktionsroutine erkannt
werden. Daraufhin kann der Zylinderhilfsbetrieb nur dann durchgeführt
werden, wenn aufgrund des Musters ein Aussetzer des Zylinders erwartet
werden kann. Das bedeutet also, dass der Zylinder im Zylindernormalbetrieb
arbeitet, wenn die Analyse ergibt, dass der Zylinder (voraussichtlich)
ohne Aussetzer arbeitet und damit das Zylindermoment erzeugen kann, und
dass auf den Zylinderhilfsbetrieb umgestellt wird, sollte die Analyse
ergeben, dass ein Aussetzer des Zylinders wahrscheinlich ist. Beispielsweise
kann die Analyse ergeben, dass bei jedem zweiten Betrieb des Zylinders,
also einem Zünden von dem im Zylinder befindlichen Kraftstoff,
ein Aussetzer auftritt. Basierend auf dieser Analyse des Aussetzermusters kann
nun vor jedem zweiten Zünden auf den Zylinderhilfsbetrieb
umgestellt werden, wenn das Aussetzen des Zylinders wahrscheinlich
ist, und danach wieder in den Zylindernormalbetrieb gewechselt werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Verlauf des Zylindermoments
von dem zweiten Antriebsaggregat nachgebildet wird. Das zweite Antriebsaggregat
wird so angesteuert, dass der Verlauf des Zylindermoments über
die Zeit durch einen Verlauf eines von dem zweiten Antriebsaggregat
erzeugten Moments nachgebildet wird. Vorteilhafterweise wird der
Verlauf dabei sowohl qualitativ als auch quantitativ wiedergegeben.
Das bedeutet, dass der Verlauf des Zylindermoments von dem zweiten Antriebsaggregat
sowohl in seiner Form als auch in seinem Betrag nachgebildet wird.
Für das Nachbilden des Verlaufs des Zylindermoments wird
vorteilhafterweise Energie aus dem Energiespeicher verwendet.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein von mindestens einem
weiteren Zylinder des ersten Antriebsaggregats erzeugtes Drehmoment
für ein Erzeugen von, insbesondere in dem Energiespeicher
speicherbarer, Energie verwendet wird. Die Brennkraftmaschine weist
neben dem Zylinder mindestens einen weiteren Zylinder auf. Ist der Zylinder
auf den Zylinderhilfsbetrieb umgestellt, so werden die weiteren
Zylinder weiterhin in dem Zylindernormalbetrieb betrieben und erzeugen
somit ein Drehmoment. Dieses Drehmoment wird genutzt, um Energie
zu erzeugen. Ist das zweite Antriebsaggregat eine elektrische Maschine,
so kann dies vorteilhaft erfolgen, indem das zweite Antriebsaggregat, welches
mit dem ersten Antriebsaggregat wirkverbunden ist, als Generator
betrieben wird. Die so erzeugte elektrische Energie kann beispielsweise
in einer als Energiespeicher verwendeten Hochvoltbatterie gespeichert
werden. Alternativ kann die erzeugte Energie auch in ein Bordnetz
des Kraftfahrzeugs eingespeist werden und so dem Betrieb weiterer
elektrischer Komponenten zur Verfügung stehen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass von dem mindestens einen
weiteren Zylinder zumindest eine Energiemenge erzeugt wird, die
für das Nachbilden des Zylindermoments mittels des zweiten
Antriebsaggregats benötigt wird. Das bedeutet insbesondere,
dass das zweite Antriebsaggregat keine zusätzliche Energie
aus dem Energiespeicher benötigt, sondern dass die gesamte
Energiemenge, die für das Nachbilden des Zylindermoments
benötigt wird, von dem weiteren Zylinder erzeugt wird und
beispielsweise in dem Energiespeicher gespeichert wird. Ein Ladestand
des Energiespeichers bleibt somit über einen Zeitraum gesehen
konstant, auch wenn sich durch ein Einbringen der durch den weiteren
Zylinder erzeugten Energiemenge und dem Nachbilden des Zylindermoments
mittels des zweiten Antriebsaggregats kurzzeitig Unterschiede in
dem Ladestand ergeben. Bei der Erzeugung der Energiemenge sind eventuell
anfallende Wandelverluste in Betracht zu ziehen. Beispielsweise
können sich durch den Betrieb des zweiten Antriebsaggregats
als Generator und dem Zwischenspeichern der Energie in dem Energiespeicher
Verluste ergeben, die ausgeglichen werden müssen. Die erzeugte
Energiemenge muss also in der Regel höher sein als die
Energiemenge, die tatsächlich von dem zweiten Antriebsaggregat
benötigt wird.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Kraftstoffversorgungseinrichtung
des ersten Antriebsaggregats während des Zylinderhilfsbetriebs
in einem Energiesparbetrieb betrieben wird. Ist der Zylinder auf
Zylinderhilfsbetrieb umgestellt, so muss der Brennkraftmaschine
weniger Kraftstoff zur Verfügung gestellt werden. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung
des ersten Antriebsaggregats wird daraufhin so betrieben, dass weniger
Kraftstoff gefördert wird. Es kann beispielsweise auch
vorgesehen sein, einen insgesamt niedrigeren Druck des Kraftstoffs
einzustellen. Befindet sich der Zylinder in dem Zylinderhilfsbetrieb,
so kann davon ausgegangen werden, dass die Hybridantriebsvorrichtung
in einem Notlaufbetrieb betrieben wird und nicht mehr die vollständige
Leistung zur Verfügung stellen kann. Daher kann die gesamte
Leistung der Hybridantriebsvorrichtung abgesenkt werden, da ein
Betrieb beispielsweise lediglich ermöglicht wird, um dem
Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrt in die Werkstatt zu ermöglichen.
Durch den Betrieb der Kraftstoffversorgung in dem Energiesparbetrieb
kann somit der Kraftstoffbedarf des Kraftfahrzeugs optimiert, das
heißt verringert, werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zylinder deaktiviert
wird, indem ein Einspritzventil des Zylinders stillgelegt wird.
Durch das Stilllegen des Einspritzventils wird kein Kraftstoff mehr
in den Zylinder eingebracht. Damit kann keine Verbrennung erfolgen
beziehungsweise kein unverbrannter Kraftstoff durch den Zylinder
hindurch in den Abgastrakt gelangen. Gleichzeitig kann auch eine Zündvorrichtung
des Zylinders stillgelegt werden. Zusätzlich können
Ventile des Zylinders so angesteuert werden, dass ein negatives
Drehmoment, welches durch den sich im Schleppbetrieb befindlichen
Zylinder hervorgerufen wird, möglichst gering ausfällt.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein von einem Fahrer
vorgegebenes Sollmoment der Hybridantriebsvorrichtung während
des Zylinderhilfsbetriebs angepasst wird. Beispielsweise kann ein
maximal mögliches Sollmoment vorgegeben sein. Es kann aber
auch eine Begrenzung des Gradienten des Sollmoments durchgeführt
werden, das heißt, dass das Sollmoment lediglich mit einer begrenzten
Geschwindigkeit vergrößert und/oder verkleinert
werden kann.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Fahrer durch ein
Warnsignal auf den Zylinderhilfsbetrieb hingewiesen wird. Damit
wird dem Fahrer signalisiert, dass ein weiterer Betrieb der Hybridantriebsvorrichtung
nur eingeschränkt möglich ist, und dass das Aufsuchen
einer Werkstatt angezeigt ist. Das Warnsignal kann beispielsweise über ein
optisches Warnsignal, insbesondere eine Lampe, realisiert sein. Über
verschiedene Warnsignale kann auf den Grund des Zylinderhilfsbetriebs
hingewiesen werden. Beispielsweise kann die Lampe statisch betrieben
werden, sobald die Abgasgrenzwerte überschritten werden
und blinkend, wenn der Zylinderhilfsbetrieb zum Schutz einer Komponente,
beispielsweise dem Katalysator, aktiviert wurde.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Hybridantriebsvorrichtung eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des vorstehend
beschriebenen Verfahrens, mit zumindest zwei unterschiedlichen Antriebsaggregaten,
nämlich einer Brennkraftmaschine als erstem Antriebsaggregat
und einem zweiten Antriebsaggregat, insbesondere einer elektrischen
Maschine, wobei die Brennkraftmaschine über mindestens
einen Zylinder verfügt, der während eines Zylindernormalbetriebs
ein Zylindermoment erzeugt, welches zumindest einen Teil des von
der Brennkraftmaschine gelieferten Drehmoments bildet. Dabei ist
vorgesehen, dass bei einem Auftreten von mindestens einem Aussetzer
des Zylinders ein Zylinderhilfsbetrieb aktivierbar ist, bei dem
der Zylinder deaktiviert ist und ein dem dadurch weggefallenen Zylindermoment
entsprechendes Moment im Wesentlichen von dem zweiten Antriebsaggregat
erzeugbar ist.
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Die
Erfindung betrifft außerdem ein elektronisches Steuergerät,
insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens und/oder zur Steuerung der vorstehend beschriebenen Hybridantriebsvorrichtung,
zur Steuerung zumindest zweier unterschiedlicher Antriebsaggregate,
nämlich einer Brennkraftmaschine als erstem Antriebsaggregat und
eines zweiten Antriebsaggregats, insbesondere einer elektrischen
Maschine, wobei die Brennkraftmaschine über mindestens
einen Zylinder verfügt, der während eines Zylindernormalbetriebs
ein Zylindermoment erzeugt, welches zumindest einen Teil des von
der Brennkraftmaschine gelieferten Drehmoments bildet. Es ist vorgesehen,
dass das Steuergerät bei einem Auftreten von mindestens
einem Aussetzer des Zylinders einen Zylinderhilfsbetrieb aktiviert,
bei dem der Zylinder deaktiviert ist und ein dem dadurch weggefallenen
Zylindermoment entsprechendes Moment im Wesentlichen von dem zweiten Antriebsaggregat
erzeugbar ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert,
ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 einen
Verlauf eines von einer Brennkraftmaschine gelieferten Moments,
eines mittleren Moments der Brennkraftmaschine, eines Moments eines
zweiten Antriebsaggregats und eines aus dem von der Brennkraftmaschine
gelieferten Moment und den Moment des zweiten Antriebsaggregats
resultierendes Moments einer Hybridantriebsvorrichtung über
einem Kurbelwellenwinkel bei einem Zylindernormalbetrieb,
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2 das
Diagramm aus 1, wobei ein Zylinder der Brennkraftmaschine
deaktiviert ist,
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3 das
Diagramm aus 1, wobei der Zylinder deaktiviert
ist und ein einem dadurch weggefallenen Zylindermoment entsprechendes
Moment im Wesentlichen von dem zweiten Antriebsaggregat erzeugt
wird,
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4 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
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5 eine
schematische Darstellung der Hybridantriebsvorrichtung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
ein Diagramm, in dem ein Drehmoment mit der Einheit [Nm] auf der
Ordinate und ein Kurbelwellenwinkel mit der Einheit [°]
auf der Abszisse aufgetragen sind. Dabei ist ein Kurbelwellenwinkelbereich
von 0° bis 720° dargestellt. Ein Kurbelwellenwinkel
von 0° fällt mit der Ordinate zusammen, die Kurbelwellenwinkel
180°, 360°, 540° und 720° sind
jeweils durch die strichpunktierten Linien 1, 2, 3 und 4 dargestellt.
Das Diagramm zeigt einen Verlauf 5 eines von einer Brennkraftmaschine 29 gelieferten
Zylindermoments, bei dem sich ein Zylinder 45 der Brennkraftmaschine 29 in
einem Zylindernormalbetrieb befindet. Eine punktierte Linie 6 kennzeichnet ein
daraus resultierendes mittleres Moment der Brennkraftmaschine 29.
Dieses mittlere Moment wird mit einem durch eine Linie 7 dargestellten
negativen Moment eines zweiten Antriebsaggregats 30 beaufschlagt,
wobei das zweite Antriebsaggregat 30 als Generator betrieben
wird und elektrische Energie erzeugt. Nach dem Beaufschlagen des
mittleren Moments der Brennkraftmaschine 29 (Linie 6)
mit dem Moment des zweiten Antriebsaggregats 30 (Linie 7) entsteht
ein durch eine strichpunktierte Linie 8 dargestelltes resultierendes
Moment einer Hybridantriebsvorrichtung 26, welches beispielsweise
für einen Vortrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden
kann. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist
also das zweite Antriebsaggregat 30 mit der Brennkraftmaschine 29 wirkverbunden.
Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass mittels einer Trennkupplung 40 die Verbindung
zwischen Brennkraftmaschine 29 und dem zweiten Antriebsaggregat 30 unterbrochen
wird und das Kraftfahrzeug lediglich mittels des zweiten Antriebsaggregats 30 betrieben
wird. In diesem Zustand kann die Brennkraftmaschine 29 abgeschaltet werden.
Dieser Betriebszustand kann aufrechterhalten werden, solange in
einem Energiespeicher 36 ausreichend Energie zum Betrieb
des zweiten Antriebsaggregats 30 vorhanden ist. Ist nicht
ausreichend Energie vorhanden, beziehungsweise befindet sich ein
Ladestand des Energiespeichers 36 nicht mehr innerhalb
definierter Grenzen, so wird die Brennkraftmaschine 29 aktiviert
und wieder mit dem im Generatorbetrieb betriebenen zweiten Antriebsaggregat 30 wirkverbunden.
Somit kann der Energiespeicher 36 aufgeladen werden.
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In
der 2 ist ein Diagramm abgebildet, welches die aus 1 bekannten
Größen zeigt, während der Zylinder 49 der
Brennkraftmaschine 29 deaktiviert ist. Das bedeutet, dass
eine Abschaltung des Zylinders 49 beispielsweise aufgrund
auftretender Aussetzer des Zylinders 49 vorgenommen wurde.
Das Diagramm zeigt denselben Kurbelwellenwinkelbereich wie das Diagramm
in 1. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich der
Verlauf 5 der Brennkraftmaschine 29 in einem Kurbelwellenwinkelbereich 9 von
dem früheren Verlauf 10 zu einem neuen Verlauf 11 verändert.
Der neue Verlauf 11 resultiert daraus, dass der Zylinder 49 kein
positives Zylindermoment mehr erzeugt, sondern vielmehr ein negatives
Moment aufweist, weil er sich in einem Schleppbetrieb befindet,
in dem er beispielsweise von mindestens einem weiteren Zylinder 49 geschleppt
ist. Das bedeutet aber auch, dass das mittlere Moment der Brennkraftmaschine 29 absinkt.
In dem Diagramm der 2 ist das aus der 1 bekannte
mittlere Moment der Brennkraftmaschine 29 wieder durch
die Linie 6 gezeigt. Das neue, verringerte mittlere Moment der
Brennkraftmaschine 29 ist durch die Linie 12 angedeutet.
Da das Moment des zweiten Antriebsaggregats 30 (Linie 7)
unverändert ist, ergibt sich ein neues resultierendes Moment
der Hybridantriebsvorrichtung 26, welches durch die Linie 13 dargestellt
ist. Dieses ist um einen Momentenbeitrag des Zylinders 49,
also das Zylindermoment, gegenüber dem resultierenden Moment,
welches in 1 dargestellt ist, verringert.
Es ergibt sich somit zum Einen eine verringerte Antriebsleistung
der Hybridantriebsvorrichtung 26 und zum Anderen ein verringerter
Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs durch den unregelmäßigen
Momentenverlauf der Brennkraftmaschine 29 durch das Deaktivieren
des Zylinders 49 und damit dem Wegfall des Zylindermoments
in dem Kurbelwellenwinkelbereich 9.
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Die 3 zeigt
das Diagramm der 1, wobei der Zylinder 49 auf
einen Zylinderhilfsbetrieb umgestellt wird, bei dem der Zylinder 49 deaktiviert und
ein dem dadurch weggefallenen Zylindermoment entsprechendes Moment
im Wesentlichen von dem zweiten Antriebsaggregat 30 erzeugt
wird. Durch das Deaktivieren des Zylinders 49 weist der
Verlauf 5 des Moments der Brennkraftmaschine 29 in
dem Kurbelwellenwinkelbereich 9 gemäß der 2 einen
Verlauf 11 auf, der ein negatives Moment darstellt. In dem
Zylinderhilfsbetrieb wird jedoch das zweite Antriebsaggregat 30 verwendet,
um das in dem Kurbelwellenwinkelbereich 9 entfallene Moment
nachzubilden. Zu diesem Zweck wird in einem Kurbelwellenwinkelbereich 14 das
zweite Antriebsaggregat 30 so angesteuert, dass sich ein
Verlauf 15 für das Moment des zweiten Antriebsaggregats 30 ergibt.
Das bedeutet, dass das durch das Deaktivieren des Zylinders 49 entfallene,
durch den Verlauf 10 dargestellte Moment im Wesentlichen
durch das Moment mit dem Verlauf 15 des zweiten Antriebsaggregats 30 nachgebildet ist.
In einem Kurbelwellenwinkelbereich außerhalb des Kurbelwellenwinkelbereichs 14 wird
ein negatives Moment des zweiten Antriebsaggregats 30 vorgesehen,
welches durch die Linie 16 angedeutet ist. Diese ist im
Vergleich zu der in den 1 und 2 dargestellten
Linie 7 bei einem niedrigeren Moment, also einem höheren
Betrag im negativen Bereich, vorgesehen. Außerhalb des
Kurbelwellenwinkelbereichs 14 erzeugt das zweite Antriebsaggregat 30 somit
mehr Energie als vorher, die in einem Energiespeicher 36 gespeichert
werden kann. Diese gespeicherte Energie wird dann innerhalb des
Kurbelwellenwinkelbereichs 14 verwendet, um den Verlauf 10 des
Zylindermoments mittels des zweiten Antriebsaggregats 30 nachzubilden,
woraus sich der Verlauf 15 ergibt. Als Referenz ist in 3 die
Linie 7 dargestellt, welche den Linien 7 aus den 1 und 2 entspricht,
und das Moment des zweiten Antriebsaggregats 30 darstellt.
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Durch
Nachbilden des weggefallenen Zylindermoments mittels des zweiten
Antriebsaggregats 30 unter Verwendung von Energie aus dem
Energiespeicher 36 ergibt sich somit ein höherer
Komfort für Insassen des Kraftfahrzeugs, da der Momentenverlauf
nicht mehr, wie in 2 dargestellt, unregelmäßig
ist. Außerdem kann das resultierende Moment, welches zum
Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, im Vergleich zu
der 2 wieder auf ein Niveau angehoben werden, welches
einem aus der 1 bekannten Niveau entspricht
(Linie 8). Dieses neue resultierende Moment ist in 3 durch
die Linie 17 dargestellt. In diesem Zusammenhang kann es
natürlich vorgesehen sein, dass weitere Zylinder 49 in
einem Kurbelwellenwinkelbereich außerhalb des Kurbelwellenwinkelbereichs 14 auf
ein höheres Drehmoment eingestellt werden, um trotz des
niedrigeren Moments des zweiten Antriebsaggregats 30 ein
vergleichbares resultierendes Moment erzeugen zu können,
wie dies in 1 dargestellt ist (Linie 8).
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Die 4 zeigt
ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Dabei sind Operationen durch Rechtecke und Verzweigungen
durch Rauten dargestellt. Erfindungsgemäß befindet
sich der Zylinder zunächst in dem Zylindernormalbetrieb,
was durch die Operation 18 angedeutet ist. Das bedeutet
beispielsweise, dass der Zylinder einen oder mehrere Arbeitstakte
durchläuft. Werden während des Zylindernormalbetriebs
(Operation 18) keine Aussetzer festgestellt beziehungsweise
diagnostiziert, so wird von einer Verzweigung 19 direkt eine
Operation 20, das Programmende, angesprungen, worauf das
Programm von neuem gestartet und wieder die Operation 18 ausgeführt
wird. Wurden während der Operation 18 Aussetzer
diagnostiziert, so erfolgt an der Verzweigung 21 die Abfrage,
ob eine Temperatur eines Katalysators über einem Temperaturgrenzwert
liegt. Ist dies der Fall, so erfolgt eine Verzweigung zu der Operation 22,
welche dem Zylinderhilfsbetrieb entspricht. Wird an der Verzweigung 21 keine
größere Temperatur des Katalysators als der Temperaturgrenzwert
festgestellt, so erfolgt an einer Verzweigung 23 die Abfrage,
ob eine Anzahl der Aussetzer größer als ein Grenzwert
ist. Trifft dies zu, so wird wiederum zu der Operation 22,
also dem Zylinderhilfsbetrieb, verzweigt. Trifft die Bedingung nicht
zu, ist also sowohl die Temperatur des Katalysators kleiner als
der Temperaturgrenzwert als auch die Anzahl der Aussetzer kleiner
als der Grenzwert, so erfolgt ein Sprung an die Operation 20 (Programmende).
Während der Operation 22 wird mit dem vorstehend
beschriebenen Verfahren der Zylinderhilfsbetrieb durchgeführt,
anschließend erfolgt an der Verzweigung 24 die
Abfrage, ob die Dauer des momentanen Zylinderhilfsbetriebs unter
einer maximal zulässigen Dauer liegt. Ist dies nicht der
Fall, so wird an die Operation 20 (Programmende) verzweigt.
Ist die maximal zulässige Dauer des Zylinderhilfsbetriebs
noch nicht erreicht, so wird an einer Verzweigung 25 abgefragt,
ob ein Energiepegel eines Energiespeichers 36 ausreichend
ist. Ist dies nicht der Fall, so wird zu der Operation 20 verzweigt,
so dass wieder der Zylindernormalbetrieb in Form der Operation 18 durchgeführt
werden kann. Anderenfalls erfolgt wieder ein Sprung zu der Operation 22,
an der erneut der Zylinderhilfsbetrieb durchgeführt wird.
Die Durchführung des Zylinderhilfsbetriebs erfolgt also solange,
wie die Dauer des Zylinderhilfsbetriebs kleiner als die maximal
zulässige Dauer und der Energiepegel des Energiespeichers
ausreichend hoch ist. Die maximal zulässige Dauer des Zylinderhilfsbetriebs
kann dabei in Abhängigkeit von weiteren Zustandsgrößen
gewählt oder von Vorne herein festgelegt sein.
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Die 5 zeigt
die Hybridantriebsvorrichtung 26 des Kraftfahrzeugs in
einer schematischen Darstellung. Die Hybridantriebsvorrichtung 26 weist zwei
Antriebsaggregate 27 auf, nämlich ein erstes Antriebsaggregat 28 in
der Form der Brennkraftmaschine 29 sowie ein zweites Antriebsaggregat 30, welches
die elektrische Maschine 31 ist. Die Brennkraftmaschine 29 weist
eine Verbindung 32 zu einer Kraftstoffversorgungseinrichtung 33 auf.
Die Brennkraftmaschine 29 kann also mit Kraftstoff aus
der Kraftstoffversorgungseinrichtung 33 betrieben werden.
Die elektrische Maschine 31 ist über Leitungen 34 und
einen Inverter 35 mit dem Energiespeicher 36,
in der Form einer Hochvoltbatterie 37, verbunden. Die Brennkraftmaschine 29 und
die elektrische Maschine 31 sind über Wellen 38 und 39 und
eine Trennkupplung 40 miteinander kuppelbar. Bei geschlossener
Kupplung 40 liegt also eine Verbindung zwischen Brennkraftmaschine 29 und
elektrischer Maschine 31 vor, während bei geöffneter
Kupplung 40 die beiden Antriebsaggregate 27 voneinander
getrennt sind. An die Welle 39 der elektrischen Maschine 31 ist
außerdem eine Anfahrkupplung 41 angeschlossen, über
welche eine Verbindung zu einer weiteren Welle 42 und damit
zu einem Getriebe 43 hergestellt ist. In dem Getriebe 43 erfolgt
entsprechend einer vom Fahrer gewünschten Übersetzung eine
Umsetzung der Drehzahl beziehungsweise des Moments, welches von
Brennkraftmaschine 29 und/oder elektrischer Maschine 31 erzeugt
wird. Eine Abtriebseite des Getriebes 43 ist mit einem
Differential 44 verbunden, über welches Wellen 45 und 46 und
damit Räder 47 und 48 des Kraftfahrzeugs
antreibbar sind. Weiterhin ist ein elektronisches Steuergerät
(nicht dargestellt) vorgesehen, mit welchem zumindest die Brennkraftmaschine 29 und
die elektrische Maschine 31 entsprechend dem vorstehend
beschriebenen Verfahren angesteuert werden kann. Vorgesehen ist
insbesondere eine Ansteuerung einzelner Zylinder 49 der
Brennkraftmaschine 29, die entweder in dem Zylindernormalbetrieb
oder in dem Zylinderhilfsbetrieb betrieben werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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