DE102010038147A1

DE102010038147A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010038147A1
Application number: DE102010038147A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rauner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-19
Also published as: US8726887B2; US20120095631A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) und einer Elektromaschine (4), die durch Zwischenschaltung einer Trennkupplung (15) einzeln oder gemeinsam zum Antrieb mindestens einer Achse (9, 10) des Hybridfahrzeugs (1) verwendet werden können, und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine (2) aufzunehmen. Um den Komfort in einem rein elektrischen Fahrbetrieb und/oder das reproduzierbare Betreiben eines Hybridfahrzeugs, insbesondere bei einem speziellen Abgastest, zu verbessern, wird die Brennkraftmaschine (2) in einem rein elektrischen Fahrbetrieb, in welchem das Hybridfahrzeug (1) nur durch die Elektromaschine (4) angetrieben wird, bei geöffneter Trennkupplung (15) eingeschaltet, um die Filtereinrichtung zu regenerieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine, die durch Zwischenschaltung einer Trennkupplung einzeln oder gemeinsam zum Antrieb mindestens einer Achse des Hybridfahrzeugs verwendet werden können, und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine aufzunehmen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 002 188 A1 ist ein Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor bekannt, der nicht ständig läuft, sondern insbesondere bei einem rein elektromotorischen Antrieb, abgeschaltet ist. Im abgeschalteten Zustand ist eine Verbrennung von aus einer Filtereinrichtung in einen Ansaugtrakt gespülten Kohlenwasserstoffen nicht möglich. Eine Steuereinrichtung des bekannten Hybridfahrzeugs ist so ausgebildet, dass sie bei einem Elektrobetrieb des Hybridfahrzeugs den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit eines Beladungszustands der Filtereinrichtung zuschaltet und dadurch die in den Ansaugtrakt gespülten Kohlenwasserstoffe aus dem Filtermaterial der Verbrennung zugeführt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Komfort in einem rein elektrischen Fahrbetrieb und/oder das reproduzierbare Betreiben eines Hybridfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere bei einem speziellen Abgastest, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine, die durch Zwischenschaltung einer Trennkupplung einzeln oder gemeinsam zum Antrieb mindestens einer Achse des Hybridfahrzeugs verwendet werden können, und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine aufzunehmen, dadurch gelöst, dass die Brennkraftmaschine in einem rein elektrischen Fahrbetrieb, in welchem das Hybridfahrzeug nur durch die Elektromaschine angetrieben wird, bei geöffneter Trennkupplung eingeschaltet wird, um die Filtereinrichtung zu regenerieren. Bei geöffneter Trennkupplung ist die Brennkraftmaschine antriebsmäßig von der Elektromaschine getrennt oder entkoppelt und kann autark betrieben werden. Die Brennkraftmaschine wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung im rein elektrischen Fahrbetrieb nur dazu eingeschaltet, um die Filtereinrichtung zu regenerieren, und leistet dabei keinen Beitrag zum Antrieb des Hybridfahrzeugs und/oder zum Aufladen einer Batterie des Hybridfahrzeugs. Der Kraftstofftank kann als Drucktank ausgeführt sein. Bei dem Hybridfahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Parallelhybridfahrzeug. Das Hybridfahrzeug kann als Plug-In-Fahrzeug ausgeführt sein. Als Plug-In-Fahrzeug oder Plug-In-Hybridfahrzeug wird ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb bezeichnet, dessen Batterie zusätzlich über ein Stromversorgungsnetz extern geladen werden kann. Plug-In-Hybride werden daher auch als Steckdosenhybride bezeichnet. Die Brennkraftmaschine des Plug-In-Hybridfahrzeug kann als Range-Extender oder Reichweitenvergrößerer ausgeführt sein. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein unerwünschtes Auftreten von Kraftstoffgerüchen im rein elektrischen Fahrbetrieb des Hybridfahrzeugs auf einfache Art und Weise verhindert werden. Darüber hinaus kann durch das Einschalten der Brennkraftmaschine bei geöffneter Trennkupplung die Durchführung eines speziellen Abgastests vereinfacht werden. Bei der Filtereinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Aktivkohlefilter, der Kraftstoffdämpfe speichern kann. Bei laufender Brennkraftmaschine werden die in dem Aktivkohlefilter gespeicherten Kraftstoffdämpfe der Verbrennung zugeführt, um den Speicher zu regenerieren. Die Speicherfähigkeit kann in einem so genannten Shed-Test überprüft werden. Die Regenerationsfähigkeit der Filtereinrichtung kann in einem Testzyklus mit der Kurzbezeichnung FTP 75 durchgeführt werden. Durch das Einschalten der Brennkraftmaschine bei geöffneter Trennkupplung können beziehungsweise kann die Speicherfähigkeit und/oder die Regenerationsfähigkeit der Filtereinrichtung auf einfache Art und Weise reproduzierbar überprüft werden. Unter Trennkupplung sollen dabei auch andere Arten von Trennelementen verstanden werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei geöffneter Trennkupplung zeitabhängig eingeschaltet wird. Die Zeitdauer ist dabei so bemessen, dass die Filtereinrichtung bei eingeschalteter Brennkraftmaschine und geöffneter Trennkupplung ausreichend regeneriert werden kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei geöffneter Trennkupplung in Abhängigkeit von einem Beladungszustand der Filtereinrichtung eingeschaltet wird. Der Beladungszustand der Filtereinrichtung kann zum Beispiel mit Hilfe einer Sensoreinrichtung, insbesondere mit einem Kohlenwasserstoffsensor, erfasst werden. Der Beladungszustand der Filtereinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch mit Hilfe eines Thermoelements erfasst werden. Mit dem Thermoelement kann zum Beispiel eine Katalysatortemperatur erfasst werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Faktoren, welche sich auf die Kraftstoffverdunstung auswirken, im Fahrzeugbetrieb überwacht und verwendet werden, um die Brennkraftmaschine bei geöffneter Trennkupplung einzuschalten, bevor die Filtereinrichtung überläuft oder durchbricht. Die Überwachung erfolgt zum Beispiel mit Hilfe einer Sensoreinrichtung, die mit einer Steuereinrichtung verbunden ist. Über die Steuereinrichtung kann die Brennkraftmaschine bei geöffneter Trennkupplung bedarfsabhängig eingeschaltet werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei geöffneter Trennkupplung im Leerlauf betrieben wird. Die Brennkraftmaschine muss aber nicht im Leerlauf betrieben werden. Es kann auch eine gewisse Last eingestellt werden. Wesentlich ist aber, dass die Brennkraftmaschine nicht zum Vortrieb des Hybridfahrzeugs verwendet wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffneter Trennkupplung und eingeschalteter Brennkraftmaschine Maßnahmen zum Regenerieren und/oder Spülen der Filtereinrichtung durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert mit oder ohne zusätzliche Spülmaßnahmen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffneter Trennkupplung und eingeschalteter Brennkraftmaschine Maßnahmen zum Heizen einer Katalysatoreinrichtung durchgeführt werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Katalysatoreinrichtung verbessert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung einen Aktivkohlefilter umfasst, der bei geöffneter Trennkupplung und eingeschalteter Brennkraftmaschine gespült wird. Beim Spülen des Aktivkohlefilters werden die in dem Aktivkohlefilter gespeicherten Dämpfe bei laufender Brennkraftmaschine der Verbrennung zugeführt, um die Filtereinrichtung zu regenerieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung eines Hybridfahrzeugs und
2 ein kartesisches Koordinatendiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist ein Hybridfahrzeug 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 und einer Elektromaschine 4 stark vereinfacht dargestellt. Bei dem Hybridfahrzeug 1 handelt es sich um ein Parallel-Hybridfahrzeug, bei dem die Brennkraftmaschine 2 und die Elektromaschine 4 auf einer Eingangswelle eines Getriebes 5 angeordnet sind. Dabei können die Brennkraftmaschine 2 beziehungsweise die Elektromaschine 4 das Hybridfahrzeug 1 entweder jeweils einzeln, oder aber gemeinsam, antreiben.
Zu diesem Zweck ist zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der Elektromaschine 4 eine Trennkupplung 15 vorgesehen. Wenn die Trennkupplung 15 geöffnet ist, ist nur die Elektromaschine 4 mit der Eingangswelle des Getriebes 5 verbunden, um das Hybridfahrzeug 1 anzutreiben. Wenn die Trennkupplung 15 geschlossen ist, ist zusätzlich auch noch die Brennkraftmaschine 2 mit der Eingangswelle des Getriebes 5 verbunden, um das Hybridfahrzeug 1 entweder allein oder zusammen mit der Elektromaschine 4 anzutreiben.
Durch einen Pfeil 8 ist angedeutet, dass die Brennkraftmaschine 2 und/oder die Elektromaschine 4 zum Antrieb einer Vorderachse 9 verwendet werden können beziehungsweise kann. Durch einen weiteren Pfeil 10 ist angedeutet, dass die Brennkraftmaschine 2 und/oder die Elektromaschine 4 alternativ oder zusätzlich zum Antreiben einer Hinterachse 12 des Hybridfahrzeugs 1 verwendet werden können beziehungsweise kann.
Die Elektromaschine 4 wird aus einem elektrischen Energiespeicher 14, insbesondere einer Hochvoltbatterie, mit elektrischer Energie versorgt. Die Brennkraftmaschine 2 wird aus einem Kraftstofftank mit Kraftstoff versorgt. Die im Kraftstofftank auftretenden Kraftstoffdämpfe werden von einer Filtereinrichtung aufgefangen, die dem Kraftstofftank zugeordnet ist und einen Aktivkohlefilter umfasst. Die Filtereinrichtung kann nur eine bestimmte Menge an Kraftstoffdämpfen auffangen.
Um zu verhindern, dass die Filtereinrichtung, insbesondere der beziehungsweise das Aktivkohlefilter, durchbricht und Kraftstoffdämpfe in die Umgebung gelangen, muss die Filtereinrichtung zur Regeneration regelmäßig gespült werden. Zu diesem Zweck wird die Brennkraftmaschine 2 gestartet, um einen Unterdruck zu erzeugen, damit die gespeicherten Kraftstoffdämpfe aus der Filtereinrichtung in die Brennkraftmaschine 2 gesaugt werden, wo sie verbrannt werden.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird ein spezielles Betriebsverfahren für das Hybridfahrzeug 1 bei einer rein elektrischen Fahrt vorgeschlagen, bei welcher das Hybridfahrzeug 1 ausschließlich durch die Elektromaschine 4 angetrieben wird. Die Trennkupplung 15 ist geöffnet, und die Brennkraftmaschine 2 steht still, ist also nicht eingeschaltet.
Es werden jedoch auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine 2 Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank mit der Filtereinrichtung aufgefangen. Daher wird erfindungsgemäß vorgesehen, die Brennkraftmaschine 2 zu bestimmten Zeitpunkten in Betrieb zu nehmen, wobei jedoch die Trennkupplung zwischen der Elektromaschine 4 und der Brennkraftmaschine 2 geöffnet bleibt. Die Brennkraftmaschine 2 wird also lediglich zum Spülen der Filtereinrichtung eingeschaltet. Die Brennkraftmaschine 2 leistet dabei keinen Beitrag zum Antrieb des Hybridfahrzeugs 1.
Die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 2 wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung, beispielsweise abhängig von der mittels eines Sensors festgestellten Beladung des Aktivkohlefilters mit Kraftstoffdämpfen, gesteuert. Die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 2 kann auch mittels der Temperatur eines Katalysators im Abgassystem der Brennkraftmaschine 2 gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 2 zeitabhängig gesteuert werden.
In 2 ist in einem kartesischen Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 21 und einer y-Achse 22 der Beladungszustand 25 einer vorab beschriebenen Filtereinrichtung mit einem Aktivkohlefilter in einem Testzyklus ausgehend von einem Startpunkt 26 dargestellt. Auf der x-Achse 21 ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf der y-Achse 22 ist die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs 1 in Kilometer pro Stunde aufgetragen.
Das Hybridfahrzeug 1 wird in dem in 2 dargestellten Testzyklus so vorkonditioniert, dass der Ladezustand der Batterie 14 maximal ist, der Aktivkohlefilter der Filtereinrichtung am Startpunkt 26 maximal gefüllt ist und der Kraftstofftank des Hybridfahrzeugs 1 auf 40 Prozent seines Nennvolumens betankt ist.
Da der Ladezustand der Batterie 14 maximal ist, ist ein rein elektrischer Betrieb des Hybridfahrzeugs 1 möglich. Da der Aktivkohlefilter der Filtereinrichtung maximal beladen ist, muss die Brennkraftmaschine 2 gestartet werden.
Wie man in 2 sieht, wird das Hybridfahrzeug 1 zunächst rein elektrisch gefahren, bis zum ersten Mal eine Geschwindigkeit von 45 Kilometer pro Stunde überschritten wird. Dann wird die Brennkraftmaschine 2 in einem Zeitabschnitt 31 eingeschaltet. Dabei werden zusätzliche Heizmaßnahmen zum Heizen des Katalysators durchgeführt und der Aktivkohlefilter gespült.
Die Brennkraftmaschine 2 wird im Leerlauf mit offener Trennkupplung 15 betrieben. Diese Maßnahmen werden, wie in Zeitabschnitten 32 und 33 angedeutet ist, immer dann wiederholt, wenn der Beladungszustand 25 kritisch wird, das heißt, eine zulässige Beladungsgrenze überschritten wird.
Die bei der Durchführung des Testzyklus von der Brennkraftmaschine 2 erzeugten Abgase werden in drei Zeitabschnitten 41, 42, 43 in drei verschiedenen Beuteln aufgefangen. Daher wird der zugehörige Testzyklus auch als Dreibeuteltest bezeichnet. Zwischen den beiden Zeitabschnitten 42 und 43 wird eine Pause von zehn Minuten eingelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007002188 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) und einer Elektromaschine (4), die durch Zwischenschaltung einer Trennkupplung (15) einzeln oder gemeinsam zum Antrieb mindestens einer Achse (9, 10) des Hybridfahrzeugs (1) verwendet werden können, und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine (2) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) in einem rein elektrischen Fahrbetrieb, in welchem das Hybridfahrzeug (1) nur durch die Elektromaschine (4) angetrieben wird, bei geöffneter Trennkupplung (15) eingeschaltet wird, um die Filtereinrichtung zu regenerieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) bei geöffneter Trennkupplung (15) zeitabhängig eingeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) bei geöffneter Trennkupplung (15) in Abhängigkeit von einem. Beladungszustand der Filtereinrichtung eingeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Faktoren, welche sich auf die Kraftstoffverdunstung auswirken, im Fahrzeugbetrieb überwacht und verwendet werden, um die Brennkraftmaschine (2) bei geöffneter Trennkupplung (15) einzuschalten, bevor die Filtereinrichtung überläuft oder durchbricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) bei geöffneter Trennkupplung (15) im Leerlauf betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffneter Trennkupplung (15) und eingeschalteter Brennkraftmaschine (2) Maßnahmen zum Regenerieren und/oder Spülen der Filtereinrichtung durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffneter Trennkupplung (15) und eingeschalteter Brennkraftmaschine (2) Maßnahmen zum Heizen einer Katalysatoreinrichtung durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung einen Aktivkohlefilter umfasst, der bei geöffneter Trennkupplung (15) und eingeschalteter Brennkraftmaschine (2) gespült wird.