DE102009027641A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs sowie Antriebseinrichtung - Google Patents

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Lanouar Chouk
Michael Lehner
Detlef Heinrich
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das eine Antriebseinrichtung (1) mit mindestens zwei unterschiedlichen Antriebsaggregaten (3, 4) aufweist, wobei als Antriebsaggregate (3, 4) mindestens eine elketrische Maschine (10) und mindestens eine einen Katalysator (9) aufweisende Brennkraftmaschine (8) betreibbar sind. Dabei ist vorgesehen, dass bei einem bei kalter Brennkraftmaschine (8) erfolgenden Starten der Brennkraftmaschine (8) diese zum Aufheizen des Katalysators (9) unter einer bestimmten, vorgebbaren Last betrieben wird und dabei die elektrische Maschine (10) beim Antreiben des Hybridfahrzeugs unterstützt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Antriebseinrichtung (1) zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das eine Antriebseinrichtung mit mindestens zwei unterschiedlichen Antriebsaggregaten aufweist, wobei als Antriebsaggregate mindestens eine elektrische Maschine und mindestens eine einen Katalysator aufweisende Brennkraftmaschine betreibbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung weist als Antriebsaggregate die mindestens eine elektrische Maschine und die mindestens eine Brennkraftmaschine auf, wobei das Betreiben des Hybridfahrzeugs, je nach Betriebssituation, nur mit der elektrischen Maschine, nur mit der Brennkraftmaschine oder sowohl mit der elektrischen Maschine als auch der Brennkraftmaschine erfolgen kann.
  • Stand der Technik
  • Bein konventionellen Fahrzeugen, die lediglich eine Brennkraftmaschine (auch als Verbrennungsmotor bezeichnet) besitzen, erfolgt der Start der Brennkraftmaschine bei einem Erststart, also einem Start der kalten Brennkraftmaschine, als Schleppstart. Dies bedeutet, dass ein Starter des Fahrzeugs die Brennkraftmaschine auf eine Starterdrehzahl anschleppt und die Brennkraftmaschine dann anspringt. Sofort nach dem Verbrennungsmotorstart wird ein der Brennkraftmaschine zugeordneter Katalysator aufgeheizt. Dies erfolgt – insbesondere auch im Leerlauf – sehr schnell, sodass der Katalysator rasch seine notwendige Konvertierungstemperatur erreicht. Der Leerlauf ergibt sich dadurch, dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs dieses zumeist nicht unmittelbar nach dem Start in Bewegung setzt, sondern beispielsweise noch einen Gang einlegt, den Sicherheitsgurt anschnallt oder dergleichen.
  • Bei einem bekannten Hybridfahrzeug, dessen Antriebseinrichtung als Antriebsaggregat die mindestens eine elektrische Maschine und die mindestens eine Brennkraftmaschine mit Katalysator aufweist, würde bei einem rein elektrischen Losfahren (zum Beispiel aufgrund einer gut geladenen Batterie und einer geeigneten Außentemperatur, zum Beispiel 20°C) ohne den Start der Brennkraftmaschine das Heizen des Katalysators nicht ausgeführt werden. Ermittelt ein der Antriebseinrichtung zugehöriges Steuergerät infolge diverser Bedingungen – beispielsweise einem Beschleunigungswunsch des Fahrers – eine erhöhte Momentenanforderung an das Antriebssystem während des elektrischen Losfahrens, so besteht zwar die Notwendigkeit, die Brennkraftmaschine zu starten, sodass sich diese sofort an dem erhöhten Momentenbedarf beteiligt. Die Brennkraftmaschine würde dann jedoch nicht die erwähnte, wenn auch nur kurze Zeitspanne, im Leerlauf betrieben werden, sondern sofort der Antriebsunterstützung des Hybridfahrzeugs dienen, sodass aufgrund des noch nicht durchgeführten Heizens des Katalysators und damit der noch nicht vorliegenden Katalysator-Konvertierungstemperatur eine unkontrollierte Menge an Schadstoffen im Abgas in eine Umgebung des Hybridfahrzeugs gelangt. Die bekannten Steuereinrichtungen für Hybridfahrzeuge verhindern daher ein rein elektrisches Losfahren bei kalter Brennkraftmaschine.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Hybridfahrzeugs das rein elektrische Losfahren, auch bei kalter Brennkraftmaschine. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, in dem bei einem bei kalter Brennkraftmaschine erfolgenden Starten der Brennkraftmaschine diese zum Aufheizen des Katalysators unter einer bestimmten, vorgebbaren Last betrieben wird und dabei die elektrische Maschine beim Antreiben des Hybridfahrzeugs unterstützt. Das Starten der Brennkraftmaschine kann vor dem, mit dem oder nach dem Anfahren des Hybridfahrzeugs erfolgen. Das Starten der Brennkraftmaschine wird insbesondere dann durchgeführt, wenn das von der Brennkraftmaschine erzeugbare Moment zum Antrieb des Hybridfahrzeugs benötigt wird, also eine erhöhte Momentenanforderung vorliegt. Während das Aufheizen des Katalysators durchgeführt wird, wird die Brennkraftmaschine stets unter der bestimmten Last betrieben. Das bedeutet, dass Abweichungen des zum Antrieb des Hybridfahrzeugs benötigten Moments von dem momentan eingestellten Antriebsmoment des Antriebsaggregats durch die elektrische Maschine ausgeglichen werden sollen. Jegliche Momenten-Dynamik wird also durch die elektrische Maschine übernommen. Das bedeutet, dass bei einer Erhöhung des angeforderten Antriebsmoments die elektrische Maschine ein größeres Drehmoment liefern muss, während sie, sollte das angeforderte Antriebsmoment unter das von der Brennkraftmaschine erzeugte Moment fallen, diese derart mit einem Moment beaufschlagt, dass die Last der bestimmten Last entspricht, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere in einem leerlaufähnlichen Zustand betrieben wird. Die Antriebseinrichtung wird also während des Aufheizens des Katalysators derart betrieben, dass unabhängig von sonstigen Anforderungen, die an die elektrische Maschine gestellt werden könnten, diese gegebenenfalls nicht zugelassen oder nur beschränkt zugelassen werden. Vielmehr wird stets das Ziel verfolgt, durch das Betreiben der Brennkraftmaschine zunächst deren Katalysator auf Konvertierungstemperatur aufzuheizen. Sobald dies erfolgt ist, kann die Brennkraftmaschine ihre übrigen Aufgaben übernehmen. Dazu zählen insbesondere der Antrieb des Hybridfahrzeugs sowie ein Antrieb von Nebenaggregaten des Hybridfahrzeugs. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine während des Aufheizens des Katalysators auf einer konstanten Last betrieben wird, insbesondere unter Verwendung der elektrischen Maschine. Da der tatsächliche Betriebspunkt der Brennkraftmaschine von dem Betriebspunkt abweicht, welcher bei einem Normalbetrieb – also nach dem Aufheizen – vorliegen würde, wird die beschriebene Vorgehensweise als Lastpunktverschiebung der Brennkraftmaschine bezeichnet. Das Betreiben der Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebspunkt (also unter der bestimmten Last) hat den Vorteil, dass das Aufheizen des Katalysators vergleichsweise schnell abgeschlossen werden kann und während dieser Phase kein erhöhter Schadstoffausstoß vorliegt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine zum weiteren Aufheizen des Katalysators anschließend im Leerlauf betrieben wird. Sollte das zum Antrieb des Hybridfahrzeugs angeforderte Antriebsmoment ein von der elektrischen Maschine erzeugbares Moment unterschreiten, so wird – wenn weitere Randbedingungen erfüllt sind – die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben. Während dieses Betriebs im Leerlauf erfolgt ein weiteres Aufheizen des Katalysators, bis dieser seine Konvertierungstemperatur erreicht hat. Die weiteren Randbedingungen sind beispielsweise ein Füllstand der Batterien des Hybridfahrzeugs beziehungsweise des Antriebsaggregats. Das Betreiben der Brennkraftmaschine im Leerlauf kann selbstverständlich lediglich dann durchgeführt werden, wenn die Batterien einen ausreichenden Ladestand aufweisen, um das Hybridfahrzeug auch weiterhin mittels der elektrischen Maschine anzutreiben. Das weitere Aufheizen kann beispielsweise aufgrund von Alterungsprozessen des Katalysators notwendig werden, da sich dieser in diesem Fall nicht ausreichend schnell auf seine Konvertierungstemperatur aufheizen lässt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zum Aufheizen und/oder weiteren Aufheizen des Katalysators die Drehzahl und/oder der Zündwinkel und/oder die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine und/oder die bestimmte, vorgebbare Last beeinflusst wird. Das Beeinflussen kann beispielsweise steuernd und/oder regelnd erfolgen. Die genannten Parameter werden derart eingestellt, dass der Katalysator möglichst schnell seine Konvertierungstemperatur erreicht. Über die Drehzahl kann die Luftfüllung beziehungsweise die Abgasmasse der Brennkraftmaschine beeinflusst werden. Ebenso sind der Zündwinkel und die Heizdauer, also die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine bei dem Aufheizen des Katalysators, von Bedeutung. Durch das Antreiben des Hybridfahrzeugs sowohl mittels der Brennkraftmaschine als auch mittels der elektrischen Maschine und dem Betreiben der Brennkraftmaschine unter der bestimmten, vorgebbaren Last, können die gleichen Randbedingungen (also Luftfüllung, Zündwinkel, Heizdauer und dergleichen) geschaffen werden wie bei einem konventionellen Fahrzeug, bei welchem das Aufheizen des Katalysators im Leerlauf erfolgt. Zusätzlich zu den bei konventionellen Fahrzeugen verfügbaren Parametern kann bei dem hier vorgestellten Verfahren auch die Last beeinflusst werden, mit welcher die Brennkraftmaschine während des Aufheizens des Katalysators beaufschlagt wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Starten der Brennkraftmaschine erfolgt, sobald das zum Antreiben des Hybridfahrzeugs angeforderte Drehmoment einen Sollwert überschreitet. Es ist also gerade nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine bei Aufnahme eines Fahrbetriebs des Hybridfahrzeugs gestartet wird. Vielmehr soll, bei Vorliegen geeigneter Randbedingungen (beispielsweise einer ausreichend gefüllten Batterie), das Hybridfahrzeug zunächst lediglich mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden. Die Brennkraftmaschine wird erst dann gestartet, sobald die genannten Randbedingungen dies notwendig machen (beispielsweise bei zu stark abgesunkenem Füllstand der Batterie) oder sobald das angeforderte Antriebsmoment den Sollwert überschreitet. Der Sollwert kann dabei beispielsweise das Drehmoment sein, welches mittels der elektrischen Maschine erzeugbar ist. Üblicherweise wird der Sollwert jedoch unterhalb dieses Drehmoments gewählt, da stets eine Reserve verbleiben soll, welche zum Starten der Brennkraftmaschine verwendet werden kann.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sollwert kleiner oder gleich einem Maximaldrehmoment der elektrischen Maschine ist. Die Notwendigkeit für eine solche Vorgehensweise wurde bereits vorstehend erläutert. Üblicherweise wird eine Drehmomentreserve der elektrischen Maschine zum Starten der Brennkraftmaschine beim Bestimmen des Sollwerts berücksichtigt. Selbstverständlich können auch weitere Überlegungen bei der Festlegung des Sollwerts eine Rolle spielen. Beispielsweise kann der Sollwert derart festgelegt werden, dass eine bestimmte Reichweite des Hybridfahrzeugs nur bei elektrischem Antrieb sichergestellt ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Starten der Brennkraftmaschine durch Anschleppen mittels eines Starters oder durch Schlupfstart mittels der elektrischen Maschine erfolgt. Im ersteren Fall ist ein separater Starter vorgesehen, mittels welchem die Brennkraftmaschine gestartet werden kann. Der Starter kann ebenso wie die elektrische Maschine über die Batterien des Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden. Im Fall des Schlupfstarts wird die Brennkraftmaschine mit der elektrischen Maschine über eine Kupplung gekuppelt. Dabei wird die Brennkraftmaschine von der elektrischen Maschine auf eine gewünschte Drehzahl gebracht beziehungsweise „geschleppt”. Dies kann durch vollständiges Schließen der Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine oder – betriebsbedingt – auch derart erfolgen, dass die Kupplung im Schlupfbetrieb betrieben wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine zu ihrem Start mit der elektrischen Maschine gekuppelt wird, wenn die elektrische Maschine eine Drehzahl von 300 bis 600 U/min, insbesondere 400 bis 500 U/min, aufweist. Dabei kann die Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine auch derart im Schlupf betrieben werden, dass eine solche Drehzahl erreicht wird. Die angegebenen Drehzahlen liegen deutlich über der bekannten Anlasserstartdrehzahl von derzeit bekannten Einrichtungen und stellen einen sehr guten Kompromiss zwischen Energieeinsatz, Abgasverhalten und/oder Startverhalten der Brennkraftmaschine dar. Voraussetzung, insbesondere bei einem Hybridfahrzeug, welches als Parallelhybrid aufgebaut ist, ist dabei, dass die antreibende elektrische Maschine mindestens die geforderte Startdrehzahl aufweist beziehungsweise überschreitet. In der Regel ist dies jedoch gegeben, da ansonsten kein Fahrbetrieb des Hybridfahrzeugs lediglich mittels der elektrischen Maschine realisiert werden könnte. Soll die Brennkraftmaschine gestartet werden, während das Hybridfahrzeug steht und daher die Drehzahl der elektrischen Maschine gering ist, kann die Drehzahl der elektrischen Maschine explizit angehoben werden, um das Starten der Brennkraftmaschine durchzuführen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, die mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei als Antriebsaggregate mindestens eine elektrische Maschine und mindestens eine einen Katalysator aufweisende Brennkraftmaschine vorhanden sind und die Steuereinrichtung mindestens eines der Antriebsaggregate in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Hybridfahrzeugs ansteuert. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung bei einem bei kalter Brennkraftmaschine erfolgenden Starten der Brennkraftmaschine diese zum Aufheizen des Katalysators unter einer bestimmten, vorgebbaren Last betreibt, wobei die elektrische Maschine beim Antreiben des Hybridfahrzeugs durch die Brennkraftmaschine unterstützt wird. Die bestimmte Last wird insbesondere während des Aufheizens des Katalysators konstant gehalten. Es ist jedoch auch denkbar, dass zum optimalen Aufheizen des Katalysators ein Lastverlauf beschrieben wird, also eine über die Zeit veränderliche Last an der Brennkraftmaschine anliegt. Die bestimmte Last ist vorgebbar, das bedeutet, dass sie beispielsweise von vornherein in der Steuereinrichtung abgespeichert oder von dieser aufgrund des Betriebszustands des Hybridfahrzeugs festgelegt ist. Beim Betreiben der Antriebseinrichtung ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung bei einem bei kalter Brennkraftmaschine erfolgenden Erststart des Hybridfahrzeugs zumindest die elektrische Maschine für ein zumindest elektrisches Anfahren des Hybridfahrzeugs ansteuert und dass die Steuereinrichtung vor dem, mit dem oder nach dem Anfahren die Brennkraftmaschine startet und zum Aufheizen des Katalysators betreibt, wobei die Brennkraftmaschine die elektrische Maschine beim Antreiben des Hybridfahrzeugs unterstützt. Während des Aufheizens des Katalysators wird die Brennkraftmaschine derart betrieben, dass ein optimal schnelles Aufheizen erreicht wird. In diesem Zusammenhang darf dies jedoch nicht derart interpretiert werden, dass in diesem Betrieb „auch” ein Aufheizen des Katalysators erfolgt, grundsätzlich jedoch ganz andere Ziele im Vordergrund stehen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine parallele Hybridanordnung der Antriebsaggregate vorliegt. Das bedeutet, dass sich zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine eine Trennkupplung befindet. Mit Hilfe dieser Trennkupplung kann das Hybridfahrzeug in den Betriebsmodi „rein elektrisches Fahren” und „Rekuperation” ohne das Schleppmoment der Brennkraftmaschine betrieben werden. Die elektrische Maschine ist auf der der Brennkraftmaschine abgewandten Seite mit einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs verbunden. Es kann also – bei geöffneter Trennkupplung – ein Fahrbetrieb lediglich mittels der elektrischen Maschine durchgeführt werden, oder aber die Brennkraftmaschine zugeschaltet werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine über eine Trennkupplung mit der elektrischen Maschine und dass die elektrische Maschine über eine Anfahrkupplung mit einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs verbindbar sind.
  • Die Steuereinrichtung ist in der Lage, die Trennkupplung und/oder die Anfahrkupplung anzusteuern, wobei dies unter Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Konzepts erfolgt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Antriebsstrang ein Getriebe und mindestens ein Antriebsrad des Hybridfahrzeugs aufweist. Mittels des Getriebes wird die Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder der Brennkraftmaschine herabgesetzt und auf das Antriebsrad des Hybridfahrzeugs aufgeprägt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Antriebsräder vorgesehen sind und dass zwischen Getriebe und den Antriebsrädern ein Differenzial angeordnet ist. Das Hybridfahrzeug weist also mindestens zwei angetriebene Räder auf. Dabei soll ein Differenzial derart angeordnet sein, dass es zwischen Getriebe und den Antriebsrädern vorgesehen ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinrichtung die Trennkupplung und/oder die Anfahrkupplung ansteuert.
  • Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, ohne die Erfindung einzuschränken. Dabei zeigt die
  • 1 eine Antriebseinrichtung in Form eines Parallelhybridantriebs eines nicht näher dargestellten Hybridfahrzeugs, und
  • 2 einen beispielhaften Geschwindigkeitsverlauf des Hybridfahrzeugs über der Zeit.
  • Die 1 zeigt eine Antriebseinrichtung 1 zum Betreiben eines nicht näher dargestellten Hybridfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung 1 ist als Parallelhybrid 2 ausgebildet. Sie weist zwei unterschiedliche Antriebsaggregate 3 und 4 auf und besitzt ferner ein Getriebe 5, ein Differenzial 6 sowie Antriebsräder 7, die dem Antrieb des Hybridfahrzeugs dienen.
  • Das Antriebsaggregat 3 ist als Brennkraftmaschine 8 ausgebildet, die in ihrem nicht näher dargestellten Abgasstrang einen Katalysator 9 aufweist. Das Antriebsaggregat 4 ist als elektrische Maschine 10 ausgebildet. Zwischen Brennkraftmaschine 8 und elektrischer Maschine 10 ist eine Trennkupplung 11 geschaltet; zwischen elektrischer Maschine 10 und Getriebe 5 eine Anfahrkupplung 12. Ferner weist das Hybridfahrzeug eine Steuereinrichtung 13, insbesondere in Form eines elektronischen Steuergeräts, auf, die den Betrieb der Brennkraftmaschine 8, der elektrischen Maschine 10, der Trennkupplung 11 und/oder der Anfahrkupplung 12 sowie gegebenenfalls weiterer Komponenten des Hybridfahrzeugs steuert und/oder regelt.
  • Mit Hilfe der Steuereinrichtung 13 wird ein erster Start des Hybridfahrzeugs im folgenden Sinne ermöglicht, wobei unter „Erststart” ein Start des Hybridfahrzeugs zu verstehen ist, bei dem sich die Brennkraftmaschine 8 in einem kalten Zustand befindet, das heißt sie und damit auch der Katalysator 9 weisen keine Betriebstemperatur auf. Aus diesem Grund befindet sich der Katalysator 9 nicht auf seiner Konvertierungstemperatur und kann demzufolge das Abgas der Brennkraftmaschine 8 nicht behandeln, sondern leitet die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe an eine Umgebung des Hybridfahrzeugs weiter. Wird nun der erwähnte Erststart durchgeführt, so erfolgt während oder nach dem Anfahren, das – im vorliegenden Ausführungsbeispiel – zunächst rein elektrisch mittels der elektrischen Maschine 10 erfolgen soll, ein zumindest kurzzeitiges und zumindest teilweises Schließen der Trennkupplung 11, wodurch die Brennkraftmaschine 8 von der elektrischen Maschine 10 auf eine bestimmte Startdrehzahl hochgeschleppt wird. Als geeignete Startdrehzahl hat sich eine Drehzahl von 400 bis 500 U/min herausgestellt. Selbstverständlich ist ein vollständiges Schließen der Trennkupplung 11 nur dann erforderlich, wenn die erwähnte Drehzahl bei der elektrischen Maschine 10 vorliegt. Sollte letztere eine höhere Drehzahl aufweisen, so wird die Trennkupplung 11 nur derart weit geschlossen, dass über einen Schlupfbetrieb die erwähnte Startdrehzahl erreicht wird.
  • Anschließend wird die Brennkraftmaschine 8 derart betrieben, dass an ihr eine bestimmte, vorgebbare Last anliegt. Gleichzeitig ist die Trennkupplung 11 zumindest teilweise geschlossen, sodass die Brennkraftmaschine 8 die elektrische Maschine 10 beim Antreiben des Hybridfahrzeugs unterstützt. In diesem Betriebszustand wird die Drehzahl, der Zündwinkel, die und/oder die bestimmte, vorgebbare Last Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 8 derart beeinflusst, dass das Aufheizen des Katalysators 9 schnellstmöglich beziehungsweise möglichst effizient erfolgt. Während des Durchführens des Fahrbetriebs des Hybridfahrzeugs wird die elektrische Maschine 10 mittels der Steuereinrichtung 13 derart angesteuert, dass die Brennkraftmaschine 8 stets gleichmäßig und mit gleichbleibender Last beaufschlagt wird, auch wenn verschiedene Antriebsmomente zum Antreiben des Hybridfahrzeugs angefordert sind. Das Antriebsmoment wird beispielsweise durch einen Wunsch eines Fahrers des Hybridfahrzeugs beeinflusst. Ein solcher Fahrerwunsch ist zum Beispiel ein stärkeres Niedertreten eines Gaspedals. Der Fahrerwunsch wird während des Aufheizens des Katalysators 9 lediglich an die elektrische Maschine 10, nicht jedoch an die Brennkraftmaschine 8 weitergeleitet, um diese weiterhin unter der bestimmten Last zu betreiben und damit den Katalysator 9 optimal aufheizen zu können.
  • Optional kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine 8 mit ihrer Abwärme auch einen Fahrzeuginnenraum beheizt. Während die elektrische Maschine 10, insbesondere bei dem Parallelhybrid 2 des dargestellten Ausführungsbeispiels, den Fahrzeugvortrieb übernimmt, wird die Brennkraftmaschine unabhängig von einer Drehzahl der elektrischen Maschine 10 beziehungsweise eines Antriebsstrangs sowie insbesondere drehzahlgeregelt betrieben, wobei sich Drehzahlen der Brennkraftmaschine 8 beispielsweise im Bereich von 1000 bis 1200 U/min verwirklichen lassen. In diesem Drehzahlbereich kann ein besonders schnelles Aufheizen des Katalysators 9 durchgeführt werden.
  • Insgesamt bedeutet dies, dass die Brennkraftmaschine 8 beim vorstehend erwähnten Erststart zur Verkürzung der zum Aufheizen des Katalysators 9 benötigten Zeit über ein Reibmoment der Brennkraftmaschine 8 hinaus belastet wird. Dies führt insbesondere auch zu einer größeren Laufruhe der Brennkraftmaschine 8. Zusätzlich zu einer Last, die durch den Antrieb des Hybridfahrzeugs verursacht wird, kann die Brennkraftmaschine 8 auch mindestens ein Nebenaggregat, beispielsweise einen Generator des Hybridfahrzeugs, antreiben.
  • Es ist also vorgesehen, die Trennkupplung 11 in der zeitlich begrenzten Phase, in welcher ein Aufheizen des Katalysators 9 erfolgt, mittels der Steuereinrichtung 13 derart im Schlupf zu betreiben, dass sich ein bestimmtes, insbesondere auch konstantes, Belastungsmoment einstellt. Mit diesem Belastungsmoment trägt die Brennkraftmaschine 8 aktiv zum Fahrzeugantrieb bei, wobei jedoch diese Last stets der bestimmten, vorgebbaren Last entspricht.
  • Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens ist es bei einem Erststart möglich, auch bei kalter Brennkraftmaschine, ein optimales, nahezu reproduzierbares Abgasverhalten der Brennkraftmaschine 8 zu realisieren, da sich die Brennkraftmaschine 8 bei der bestimmten, vorgebbaren Last zumindest teilweise unabhängig vom Triebstrang des Hybridfahrzeugs betreiben lässt und dabei den Katalysator 9 aufheizt. Die Brennkraftmaschine 8 soll somit erst den Fahrzeugbetrieb mit höherem, insbesondere der Fahrsituation entsprechendem Antriebsmoment, unterstützen, wenn der Katalysator 9 konvertierungsbereit ist, also seine Konvertierungstemperatur erreicht hat. Insgesamt ist somit ein elektrisches, insbesondere auch ein rein elektrisches Losfahren des Hybridfahrzeugs unter Berücksichtigung eines guten Abgasverhaltens ermöglicht.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, ist mittels der Erfindung das Brennkraftmaschinenverhalten bis zum Erreichen der Konvertierungstemperatur des Katalysators nahe unabhängig vom Wunsch des Fahrers und von der Fahrpedaldynamik beziehungsweise einer Momenten-Dynamik des Hybridfahrzeugs.
  • Hat die Brennkraftmaschine 8 den Katalysator 9 ausreichend aufgeheizt, so kann die Trennkupplung 11 teilweise geschlossen beziehungsweise komplett geschlossen werden. Die Brennkraftmaschine 8 ist damit in der Lage, den Antrieb insbesondere mit ihrem gesamten zur Verfügung stehenden Moment zu unterstützen. Die Freigabe des elektrischen Losfahrens, die spezielle Startauslösung, der Betrieb der Brennkraftmaschine 8 mit den erwähnten Belastungsstrategien sowie das anschließende Schließen der Trennkupplung werden mittels einer übergeordneten Hybridsteuerstrategie durchgeführt und überwacht. Hierfür ist unter anderem die erwähnte Steuereinrichtung 13 zuständig.
  • Die 2 zeigt ein beispielhaftes Geschwindigkeitsprofil des Hybridfahrzeugs über der Zeit t. Zum Zeitpunkt t = 0 s wird das Hybridfahrzeug gestartet. Dabei bleibt die Brennkraftmaschine 8 zunächst aus, das Hybridfahrzeug ist damit elektrisch fahrbereit. Bei t = t1 setzt sich das Hybridfahrzeug mit steigender Geschwindigkeit in Bewegung und erhöht seine Geschwindigkeit, bis eine Geschwindigkeit v = v1 erreicht ist. Diese Geschwindigkeit wird zunächst gehalten, bevor das Hybridfahrzeug verzögert, die Geschwindigkeit also wieder geringer wird. In einem Zeitpunkt t = t2 ist wieder eine Geschwindigkeit v = 0 m/s erreicht. Dieser Ablauf wird durchgeführt, ohne dass die Brennkraftmaschine 8 gestartet wird, der Antrieb des Hybridfahrzeugs erfolgt also allein mittels der elektrischen Maschine 10. Bei t2 < t < t3 steht das Hybridfahrzeug, die Geschwindigkeit ist also v = 0 m/s. Ab dem Zeitpunkt t = t3 wird das Hybridfahrzeug wiederum beschleunigt. Bis zum Erreichen einer Geschwindigkeit v = v2 kann die elektrische Maschine 10 das zum Antrieb des Hybridfahrzeugs benötigte Antriebsmoment aufbringen. Das Antriebsmoment ist also kleiner als ein Sollwert. In diesem Fall entspricht der Sollwert dem Maximaldrehmoment der elektrischen Maschine 10, der Sollwert kann jedoch prinzipiell beliebig gewählt werden, solange er kleiner ist als das genannte Maximaldrehmoment.
  • Um das Hybridfahrzeug, ausgehend von der Geschwindigkeit v = v2 weiter zu beschleunigen, ist ein Antriebsmoment notwendig, welches größer ist als das Maximaldrehmoment der elektrischen Maschine 10. Aus diesem Grund wird zu einem Zeitpunkt t = t4 die Brennkraftmaschine 8 gestartet. Da diese bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht in Betrieb war, ist der Katalysator 9 noch kalt. Dennoch muss die Brennkraftmaschine 8 gestartet werden, um die elektrische Maschine 10 zu unterstützen und so den Fahrerwunsch, also das Erreichen einer Geschwindigkeit v = v3 zu erreichen, zu erfüllen. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine 8 wird die elektrische Maschine 10 verwendet, um diesen auf der bestimmten, vorgebbaren Last zu betreiben und den Katalysator 9 abgasoptimal aufzuheizen. Somit ist eine Lastpunktverschiebung der Brennkraftmaschine 8 realisiert. Jegliche Momenten-Dynamik des zum Antreiben des Hybridfahrzeugs benötigten Antriebsmoments wird dabei durch die elektrische Maschine 10 übernommen.
  • In dem Zeitraum 0 < t < t4 wird also das Hybridfahrzeug lediglich mittels der elektrischen Maschine 10 angetrieben. Bei t > t4 ist ein kombinierter Antrieb von Brennkraftmaschine 8 und elektrischer Maschine 10 vorgesehen. Dabei wird die Brennkraftmaschine 8 jedoch bis zum vollständigen Aufheizen des Katalysators 9 nicht derart belastet, dass die bestimmte, vorgebbare Last über- oder unterschritten wird. Nach dem Aufheizen des Katalysators 9, beispielsweise ab einem Zeitpunkt t = t5, steht der Antriebseinrichtung 1 das volle Moment der Brennkraftmaschine 8 zur Verfügung.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das eine Antriebseinrichtung (1) mit mindestens zwei unterschiedlichen Antriebsaggregaten (3, 4) aufweist, wobei als Antriebsaggregate (3, 4) mindestens eine elektrische Maschine (10) und mindestens eine einen Katalysator (9) aufweisende Brennkraftmaschine (8) betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bei kalter Brennkraftmaschine (8) erfolgenden Starten der Brennkraftmaschine (8) diese zum Aufheizen des Katalysators (9) unter einer bestimmten, vorgebbaren Last betrieben wird und dabei die elektrische Maschine (10) beim Antreiben des Hybridfahrzeugs unterstützt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (8) zum weiteren Aufheizen des Katalysators (9) anschließend im Leerlauf betrieben wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen und/oder weiteren Aufheizen des Katalysators (9) die Drehzahl und/oder der Zündwinkel und/oder die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine (8) und/oder die bestimmte, vorgebbare Last beeinflusst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Starten der Brennkraftmaschine (8) erfolgt, sobald das zum Antreiben des Hybridfahrzeugs angeforderte Drehmoment einen Sollwert überschreitet.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert kleiner oder gleich einem Maximaldrehmoment der elektrischen Maschine (10) ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Starten der Brennkraftmaschine (8) durch Anschleppen mittels eines Starters oder durch Schlupfstart mittels der elektrischen Maschine (10) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (8) zu ihrem Start mit der elektrischen Maschine (10) gekuppelt wird, wenn die elektrische Maschine eine Drehzahl von 300 bis 600 U/min, insbesondere 400 bis 500 U/min, aufweist.
  8. Antriebseinrichtung (1) zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, die mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate (3, 4) und eine Steuereinrichtung (13) aufweist, wobei als Antriebsaggregate (3, 4) mindestens eine elektrische Maschine (10) und mindestens eine einen Katalysator (9) aufweisende Brennkraftmaschine (8) vorhanden sind und die Steuereinrichtung (13) mindestens eines der Antriebsaggregate (3, 4) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Hybridfahrzeugs ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) bei einem bei kalter Brennkraftmaschine (8) erfolgenden Starten der Brennkraftmaschine (8) diese zum Aufheizen des Katalysators (9) unter einer bestimmten, vorgebbaren Last betreibt, wobei die elektrische Maschine (10) beim Antreiben des Hybridfahrzeugs durch die Brennkraftmaschine (8) unterstützt wird.
  9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine parallele Hybridanordnung (2) der Antriebsaggregate (3, 4).
  10. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (8) über eine Trennkupplung (11) mit der elektrischen Maschine (10) und dass die elektrische Maschine (10) über eine Anfahrkupplung (12) mit einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs verbindbar sind.
  11. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang ein Getriebe (4) und mindestens ein Antriebsrad (7) des Hybridfahrzeugs aufweist.
  12. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Antriebsräder (7) vorgesehen sind und dass zwischen Getriebe (5) und den Antriebsräder (7) ein Differenzial (6) angeordnet ist.
  13. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) die Trennkupplung (11) und/oder die Anfahrkupplung (12) ansteuert.
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