DE102009046747A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs (HA) insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Eine Brennkraftmaschine (12) ist mittels einer kraftführenden Verbindung (16) mit einem Generator (14) verbunden. In einer Betriebsart Lernen wird der Generator (14) als Motor betrieben und treibt die Brennkraftmaschine (12) an. In dieser Betriebsart wird eine sogenannte Nullmengenkalibrierung durchgeführt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
  • Es sind serielle Hybridantriebe bekannt, die ein Kraftfahrzeug über einen Elektromotor antreiben. Die elektrische Energie für den Elektromotor wird mit der Brennkraftmaschine über einen Generator bereitgestellt.
  • Des Weiteren sind Kraftfahrzeuge bekannt, die nur durch eine Brennkraftmaschine angetrieben werden. Für diese Kraftfahrzeuge ist es ebenso bekannt, dass eine Schubphase, d. h. ein passives Antreiben der Brennkraftmaschine, dazu genutzt wird, um eine sogenannte Nullmengenkalibrierung durchzuführen. Dabei handelt es sich um die Ermittlung und Anpassung von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine dahingehend, dass die Betriebsparameter in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, also bei einem durch die Brennkraftmaschine erzeugten Antriebsmoment, zu einer Kompensation von Altersdrift und einer Optimierung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine führen.
  • Bei dem eingangs genannten seriellen Hybridantrieb gibt es keine Schubphase. Insoweit kann keine Nullmengenkalibrierung durchgeführt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die beim Stand der Technik vorhandenen Probleme werden durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer Betriebsart Lernen der Generator als Motor betrieben und treibt die Brennkraftmaschine an. In dieser Betriebsart wird die Nullmengenkalibrierung durchgeführt.
  • In einem Normalbetrieb treibt die Brennkraftmaschine somit den Generator an, um dem Elektromotor oder der Batterie elektrische Energie bereitzustellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen wird die Brennkraftmaschine durch den Generator angetrieben, um die Betriebsparameter für den Normalbetrieb zu ermitteln und/oder anzupassen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens beaufschlagt die angetriebene Brennkraftmaschine den Generator in der Betriebsart Lernen im wesentlichen mit keinem Antriebsdrehmoment. Dadurch wird erreicht, dass die Betriebsart Lernen etwa dem erläuterten Schubbetrieb entspricht. Die Betriebsart Lernen kann damit ohne weiteres zur Nullmengenkalibrierung herangezogen werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine geringe Kraftstoffmenge in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zugemessen und gezündet wird. Die Drehmomentänderung der Brennkraftmaschine wird gemessen und entsprechend werden der oder die Betriebsparameter für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ermittelt und/oder angepasst. Durch die Ermittlung/Anpassung, d. h. Optimierung, der Betriebsparameter werden beispielsweise Altersdrift der einzelnen Komponenten der Brennkraftmaschine kompensiert.
  • Es ergibt sich durch das Verfahren ein erhöhter Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Normalbetrieb, einhergehend mit einer Kraftstoffeinsparung und auch einer Reduktion der Emissionswerte.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Ermittlung/Anpassung der Betriebsparameter erst durchgeführt, sobald die Brennkraftmaschine warm ist, d. h. sobald sie eine gewisse Temperatur erreicht hat. Dadurch wird sichergestellt, dass Betriebsparameter ermittelt werden, die für den Normalbetrieb möglichst optimal sind.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Ermittlung/Anpassung der Betriebsparameter nur durchgeführt, wenn erhöhte oder verminderte Drehungleichförmigkeiten, die nicht von der Brennkraftmaschine herrühren, ein gewisses Maß unterschreiten. Damit wird vermieden, dass die Ermittlung/Anpassung der Betriebsparametern durch eine von außen auf die Brennkraftmaschine einwirkende Drehungleichförmigkeit verfälscht wird. Es wird somit eine Ermittlung/Anpassung von optimalen Betriebsparametern sichergestellt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Ermittlung/Anpassung nur durchgeführt, wenn sich ein Raildruck eines Common-Rail-Systems eingeschwungen hat. Damit wird ebenfalls die Ermittlung/Anpassung von optimalen Betriebsparametern verbessert.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind: Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
  • In 1 ist schematisch ein serieller Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs gezeigt.
  • Der serielle Hybridantrieb HA in 1 umfasst im Wesentlichen eine Versorgungseinheit 10 und eine Antriebseinheit 20. Die Versorgungseinheit 10 besteht aus einer Brennkraftmaschine 12 und einem Generator 14. Die Brennkraftmaschine 12 und der Generator 14 sind über eine kraftführende Verbindung 16 gekoppelt. Die Antriebseinheit 20 besteht aus einem Elektromotor 22 und einem Antriebsstrang 24. Der Elektromotor 22 und der Antriebsstrang 24 sind über eine kraftführende Verbindung 26 gekoppelt.
  • Eine Energieübertragungseinheit 30 ist mittels der elektrischen Leitungen 34, 36 und 38 mit dem Generator 14, dem Elektromotor 22 sowie einer Batterie 32 verbunden. Der Generator 14, der Elektromotor 22 sowie die Batterie 32 können als Energiequellen wie auch als Energiesenken betrieben werden.
  • Die Versorgungseinheit 10 dient dem Zweck, Fahrzeugeinheiten, wie beispielsweise die Antriebseinheit 20, mit elektrischer Energie zu versorgen. Dazu wird der Generator 14 von der Brennkraftmaschine 12 angetrieben. Der Generator 14 wandelt die mechanische Energie ausgehend von der Brennkraftmaschine 12 in elektrische Energie und führt sie der Energieübertragungseinheit 30 zu.
  • Die Antriebseinheit 20 sorgt für den Antrieb des Kraftfahrzeugs. Dazu wird der Elektromotor 22 von der Energieübertragungseinheit 30 mit elektrischer Energie beaufschlagt. Der Elektromotor 22 wandelt die elektrische Energie in mechanische Energie. Die mechanische Energie beaufschlagt den Antriebsstrang 24. Der Antriebsstrang 24 transferiert die mechanische Energie auf einen Fahrweg des Kraftfahrzeugs.
  • Die Energieübertragungseinheit 30 dient dazu, den Fluss elektrischer Energie zwischen dem Generator 14, dem Elektromotor 22 und der Batterie 22, zu steuern und/oder zu regeln. Wird Energie, beispielsweise vom Elektromotor angefordert, so wird über die Energieübertragungseinheit 30 die elektrische Energie aus einer Energiequelle bereitgestellt.
  • Im Folgenden werden verschiedene Betriebsarten des Hybridantriebs nach 1 erläutert.
  • Eine Betriebsart Fahrzeugantrieb, betreffend die Versorgungseinheit 10, die Antriebseinheit 20 und die Batterie 32, ist dadurch charakterisiert, dass das Kraftfahrzeug durch die Antriebseinheit 20 relativ zum Fahrweg des Kraftfahrzeugs bewegt wird. Als Energiequellen für den Antrieb kommen hierbei die Batterie 32 und/oder die Versorgungseinheit 10 in Betracht. Die Versorgungseinheit 10 befindet sich beim Betrieb als Energiequelle in einem Normalbetrieb. Beispielsweise wird der Elektromotor 22 hauptsächlich durch die Versorgungseinheit 10 gespeist und die Batterie 32 wird bei angeforderten Leistungsspitzen zugeschaltet.
  • In einer Betriebsart Batterieladen, betreffend die Versorgungseinheit 10, die Antriebseinheit 20 und die Batterie 32, wird die Batterie 32 durch zugeführte elektrische Energie, üblicherweise überwiegend durch die Versorgungseinheit 10, aufgeladen.
  • Eine Betriebsart Bremsen ist eine Unterbetriebsart der Betriebsart Batterieladen und dadurch charakterisiert, dass das Kraftfahrzeug abgebremst wird, also seine Geschwindigkeit relativ zur Fahrbahn verringert. In der Betriebsart Bremsen kann der Elektromotor 22 als Generator betrieben werden und elektrische Energie erzeugen. Die erzeugte Energie wird in der Batterie 32 gespeichert.
  • Eine Betriebsart Lernen, betreffend die Versorgungseinheit 10 und die Batterie 32, ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator 14 entsprechend dem Pfeil 40 in 1 Energie zugeführt wird. Dementsprechend wird der Generator 14 als Motor betrieben. Der Generator 14 führt der Brennkraftmaschine 12 entsprechend dem Pfeil 42 mechanische Energie zu und treibt damit die Brennkraftmaschine 12 an. In dem Betriebszustand Lernen beaufschlagt die angetriebene Brennkraftmaschine 12 die kraftführende Verbindung 16 und damit den Generator 14 im Wesentlichen mit keinem Antriebsdrehmoment.
  • In der Betriebsart Lernen wird eine Nullmengenkalibrierung durchgeführt. Die Brennkraftmaschine 12 wird derart gesteuert und/oder geregelt, dass kleine Kraftstoffmengen in die Brennräume der Brennkraftmaschine 12 eingespritzt und gezündet werden. Weitergehend wird die Auswirkung der kleinen eingespritzten Kraftstoffmengen, beispielsweise in Form einer geringen Drehmomentänderung an einer kraftführenden Verbindung, beispielsweise der kraftführenden Verbindung 16, gemessen. Dieses Verfahren dient dazu, Betriebsparameter für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine auf Basis der Einspritzmenge und der zugehörigen Drehmomentänderung zu ermitteln und/oder anzupassen.
  • Die Betriebsart Lernen wird nur bei einem warmen Motor durchgeführt. Hierzu muss die Brennkraftmaschine 12 eine gewisse Temperatur erreicht haben. Des Weiteren wird die Betriebsart Lernen nur durchgeführt, sofern die Drehzahldynamik begrenzt ist, sofern also erhöhte oder verminderte Drehungleichförmigkeiten, die nicht von der Brennkraftmaschine 12 herrühren, nur in begrenztem Maße die Brennkraftmaschine 12 beaufschlagen.
  • Die Betriebsparameter werden in einem Drehzahlbereich ermittelt und/oder angepasst, der zwischen einer Startdrehzahl und einer maximalen Drehzahl bezüglich der Brennkraftmaschine 12 liegt. Eine ideale Drehzahl für die Ermittlung der Betriebsparameter ist die Drehzahl, mit der die Brennkraftmaschine im Normalbetrieb läuft.
  • Im Falle eines Common-Rail-Einspritzsystems wird ebenfalls der Raildruck berücksichtigt. D. h. es werden die Betriebsparameter ermittelt und/oder angepasst, wenn sich ein Raildruck eingeschwungen hat.
  • Während der Betriebsart Lernen kann die Antriebseinheit 20 autonom arbeiten. Steht beispielsweise genügend elektrische Energie aus der Batterie 32 zur Verfügung, wird die Versorgungseinheit 10 zur Energieversorgung nicht zwingend benötigt.
  • Die beschriebenen Verfahren werden üblicherweise als Computerprogramme ausgeführt, welche auf einem Steuergerät ablauffähig sind. Das Steuergerät ist üblicherweise als Mikrocontroller ausgeführt und entsprechend den beschriebenen Verfahren programmiert. Des Weiteren ist ein dementsprechendes Computerprogramm auf einem Speichermedium abgespeichert.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs (HA), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Brennkraftmaschine (12) mittels einer kraftführenden Verbindung (16) mit einem Generator (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsart Lernen der Generator (14) als Motor betrieben wird und die Brennkraftmaschine (12) antreibt, und dass in dieser Betriebsart eine sogenannte Nullmengenkalibrierung durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach dem Anspruch 1, wobei in der Betriebsart Lernen die für den Antrieb der Brennkraftmaschine (12) benötigte Energie aus einer Batterie (32) entnommen wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in der Betriebsart Lernen durch die Brennkraftmaschine (12) im Wesentlichen kein Antriebsdrehmoment dem Generator (14) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der Betriebsart Lernen eine geringe Kraftstoffmenge in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (12) zugemessen und gezündet wird.
  5. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei durch eine Messung eine Auswirkung der zugemessenen und gezündeten Kraftstoffmenge auf eine Drehbewegung der Brennkraftmaschine (12) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Messung an der kraftführenden Verbindung (16) durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Betriebsart Lernen erst dann durchgeführt wird, wenn eine Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine (12) erreicht ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Betriebsart Lernen nur dann durchgeführt wird, wenn Drehungleichförmigkeiten, die nicht von der Brennkraftmaschine (12) ausgehen, eine Schwelle unterschreiten.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Betriebsart Lernen nur dann durchgeführt wird, wenn das zeitliche Verhalten eines Drucks, insbesondere eines Raildrucks der Brennkraftmaschine (12), einen im wesentlichen eingeschwungenen Zustand aufweist.
  10. Computerprogramm für ein digitales Rechengerät, das dazu geeignet ist, das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
  11. Steuereinheit für einen Hybridantrieb, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das mit einem digitalen Rechengerät, insbesondere einem Mikroprozessor, versehen ist, auf dem ein Computerprogramm nach dem Anspruch 10 lauffähig ist.
  12. Speichermedium für eine Steuereinheit nach Anspruch 11 auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 abgespeichert ist.
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