DE102010042600A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Ruediger Weiss
Lanouar Chouk
Laurent Nack
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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (2) mit Hybridantrieb (4), das einen Verbrennungsmotor (8) mit einer Einspritzanlage (10) und einen Elektromotor (6) aufweist, bei dem in einer Betriebssituation, bei der das Kraftfahrzeug (2) von dem Elektromotor (6) angetrieben wird und der Verbrennungsmotor (8) abgestellt ist, zur Vorbereitung eines Starts des Verbrennungsmotors (8) ein Niveau des Drucks des Kraftstoffs in der Einspritzanlage (10) von dem Elektromotor (6) erhöht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantrieb.
  • Stand der Technik
  • Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb umfassen einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor, die miteinander über ein Kopplungsaggregat in Wirkverbindung gebracht werden können, so dass die genannten Motoren untereinander Energie austauschen können.
  • Die Druckschrift DE 100 02 132 A1 betrifft ein Verfahren zum Regeln des Antriebsmoments eines Dieselmotors mit Common-Rail-Einspritzung. Dabei wird zur schnellen Einstellung eines neuen Antriebsmoments der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Hilfsgenerators ein Antriebsmoment kurzzeitig zugeführt oder entnommen. Zur schnellen Antriebsmomentverringerung wird ein Einspritzvorgang gestoppt, so dass während der Unterbrechung des Einspritzvorgangs der Hilfsgenerator der Verbrennungskraftmaschine das gewünschte, sich verringernde Antriebsmoment bereitstellt, und dass der Einspritzvorgang fortgesetzt wird, wenn der Druck im Druckspeicher so weit abgebaut ist, dass er niedrig genug für die geforderte Einspritzmenge oder das entsprechende Antriebsmoment ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
  • In einer Ausführungsform erfolgt ein Aufbau eines Raildrucks und somit der Aufbau des Drucks des Kraftstoffs in einem Speicher, in der Regel einem Druckspeicher, einer Einspritzanlage (Common-Rail) während dem elektrischen Fahren eines Hybridfahrzeugs. Bei dem elektrischen Fahren wird das Hybridfahrzeug von einem Elektromotor angetrieben. Während dem elektrischen Fahren wird zu einer Umsetzung der Erfindung ein Start, üblicherweise ein Kaltstart, des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs vorbereitet.
  • Demnach wird noch während einer rein elektrischen Kaltabfahrt des Hybridfahrzeugs, bevor ein Startwunsch vom Verbrennungsmotor angefordert wird, der Verbrennungsmotor von dem Elektromotor, üblicherweise einer E-Maschine, angeschleppt. Bei einem elektrischen Kaltabfahren fährt das Hybridfahrzeug rein elektrisch Los und wird durch die elektrische Maschine angetrieben, ohne den Verbrennungsmotor hierfür zu starten. Dies ist jedoch nur unter bestimmten Voraussetzungen möglich. So muss die Außentemperatur über einer applizierbaren Schwelle liegen, z. B. 0°C oder 10°C. Außerdem sollten weitere Randbedingungen erfüllt sein, z. B. ein Ladezustand der HV-Batterie, ein Fahrerwunsch, ein Fahrpedalgradient, ein Bremsverstärkerdruck usw.
  • Bei der erwähnten Kaltabfahrt ist nur der Elektromotor in Betrieb, der Verbrennungsmotor ist abgestellt. Ein Anschleppen des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor erfolgt so lange, bis eine Hochdruckpumpe (HDP) den Druck des Kraftstoffs, bspw. Diesel, in der Einspritzanlage, in der Regel in dem Speicher der Einspritzanlage, auf ein gewünschten Niveau gebracht hat. Falls der Druck das gewünschte Niveau erreicht hat, weist der Druck zumindest einen Wert auf, der für einen normalen Betrieb des Verbrennungsmotors erforderlich ist. Später kann der Start vom Verbrennungsmotor ohne Verzögerung durch den aufgebauten, hinreichend hohen Druck erfolgen.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass der Verbrennungsmotor im Laufe einer Fahrt des Kraftfahrzeugs abgestellt wird, und das Kraftfahrzeug über einen Zeitraum nur durch den Elektromotor angetrieben wird, währenddessen kann bei einer Ausführung des Verfahrens der Verbrennungsmotor auf einen erneuten Start vorbereitet werden, falls der Druck des Kraftstoffs nach vorübergehendem Abstellen des Verbrennungsmotors gesunken sein sollte.
  • Üblicherweise wird für einen ersten Kaltstart eine besonders hohe Menge an einzuspritzendem Kraftstoff benötigt. Weiterhin kann eine gute Aufbereitung des Kraftstoffs erforderlich sein. Hierzu muss der Kraftstoff einen entsprechend hohen Einspritzdruck aufweisen, dabei hängt der Einspritzdruck von einer Höhe des Drucks im Speicher und somit dem Raildruck ab. Dies kann bedeuten, dass der Raildruck in Ausgestaltung der Erfindung auf ein Niveau erhöht wird, das zur Durchführung der ersten Einspritzung und ggf. mindestens einer weiteren nachfolgenden Einspritzung erforderlich ist. Dabei kann der Einspritzdruck für einen Startvorgang höher als der Einspritzdruck bei einem normalen Dauerbetrieb des Verbrennungsmotors sein. Entsprechend kann auch der zur Einspritzung vorgesehene Raildruck größer als der Raildruck beim normalen Dauerbetrieb sein.
  • Die Hochdruckpumpe (HDP) wird in der Regel vom Verbrennungsmotor, typischerweise von einer Nockenwelle, angetrieben. Damit muss beim Kaltstart der Aufbau des Drucks vollständig und bis auf ein besonders hohes Niveau erfolgen, was beim Stand der Technik erst bei einem sich drehenden Verbrennungsmotor erfolgen kann. Eine Kaltabfahrt im elektrischen Betrieb und ein Kaltstart des Verbrennungsmotors während der Fahrt sind unter dieser Voraussetzung nicht möglich. Aufgrund einer langen Startzeit des Verbrennungsmotors kann dies bspw. zu einem Ruckeln führen, da kein oder nur ein unzureichendes Antriebsmoment gegeben ist.
  • Findet der Druckaufbau im Rahmen der Erfindung noch vor einem Startwunsch des Verbrennungsmotors statt, kann die Startzeit auf ein Minimum reduziert werden. Somit ist ein robuster Kaltstart des Verbrennungsmotors während dem elektrischen Fahren ohne Komfort-Einbußen möglich.
  • Bei einer Kaltabfahrt erfolgt das Losfahren des Kraftfahrzeugs in dem elektrischen Modus, wobei das Fahrzeug allein durch den Elektromotor bzw. durch eine Elektromaschine angetrieben wird. Zur Vorbereitung für den Start vom Verbrennungsmotor wird dieser von dem Elektromotor angeschleppt. Dies erfolgt üblicherweise in einem Betriebszustand, in dem kein oder wenig Moment, in der Regel Antriebsmoment, für die Fahrt angefordert wird. Die zur Regelung des Drucks ausgebildete Hochdruckpumpe der Einspritzanlage wird in dieser Phase mit zumindest einem Kupplungsmodul verbunden und über das zumindest eine Kupplungsmodul angesteuert, das wiederum durch den Elektromotor angetrieben wird, um den Druck des Kraftstoffs im Speicher (Rail) zu erhöhen. Erreicht der Druck eine Schwelle, die größer oder gleich als ein Wert eines zur Einspritzfreigabe des Verbrennungsmotors notwendigen Drucks ist, der u. a. von einer aktuellen Temperatur des Verbrennungsmotors abhängig ist, kann der Verbrennungsmotor mit der ersten Einspritzung gestartet werden. Danach wird das zumindest ein Kupplungsmodul zwischen dem Elektromotor und der Einspritzanlage und somit auch dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor wieder geöffnet. Das zumindest ein Kupplungsmodul ist als Kupplungsaggregat und/oder Kupplung ausgebildet. Wird z. B. aufgrund von einer hohen Momentanforderung der Start vom Verbrennungsmotor angefordert, kann dieser schnell, robust und unter möglichst gleichbleibender Randbedingung erfolgen.
  • Falls nach einem Aufbau des Drucks, üblicherweise nach dem ersten Aufbau, eine sehr lange Zeit vergeht, ohne dass der Startwunsch vom Verbrennungsmotor kommt, kann in Ausgestaltung der Erfindung der aufgebaute Raildruck über eine gezielt herbeigeführte Leckage innerhalb der Einspritzanlage durch Aktivierung eines Druckregelventils als Leckageeinrichtung wieder abgebaut werden. Es ist jedoch möglich, den Verbrennungsmotor regelmäßig wieder anzuschleppen um den Druck auf einem hinreichend hohen Niveau zu halten. Hierzu können Zeitintervalle definiert werden, die von Betriebsparametern, wie bspw. dem Druck, einer zeitlichen Druckänderung, der Temperatur oder einer Zeit, die zur Änderung und/oder zum Aufbau des Drucks erforderlich ist, abhängig sind. Falls ein derartiges Zeitintervall nach Erreichen eines ausreichend hohen Drucks verstrichen ist, kann der Druck wieder reduziert werden.
  • Bei einer Umsetzung der Erfindung wird ein allein durch den Elektromotor angetriebenes elektrisches Fahren erst dann nach dem ersten Start, üblicherweise einem Kaltstart, des Verbrennungsmotors freigegeben und somit beendet, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, wie z. B. bei ausreichend hoher Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder sobald ein Raildruck einer Einspritzanlage des Verbrennungsmotors einen Betriebsdruck erreicht hat. Sobald eine Freigabe des Elektromotors erfolgt ist, wird auch der Verbrennungsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verwendet.
  • Die Regelung des Raildrucks auf ein Zwischen-Niveau, das geringer als das Niveau für einen normalen Start, bspw. Kaltstart, des Verbrennungsmotors ist, ist möglich. Sobald jedoch der Wunsch für den Start vorliegt, kann der Druck in kurzer Zeit von dem Zwischen-Niveau auf das für die erste Einspritzung geeignete Niveau erhöht werden.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens als Funktionen wenigstens einer Komponente der Anordnung oder der gesamten Anordnung realisiert werden.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Hybridfahrzeug, das eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung aufweist, bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein als Hybridfahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug 2, das einen Hybridantrieb 4 aufweist, der wiederum einen Elektromotor 6 und einen Verbrennungsmotor 8 umfasst. Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor 8 eine Einspritzanlage 10, die dazu ausgebildet ist, Kraftstoff unter Druck in Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors 8 einzuspritzen, so dass der Kraftstoff in den Verbrennungskammern entzündet werden kann. Die Einspritzanlage 10 umfasst als Komponenten eine Hochdruckpumpe 12, einen Speicher 14 zur Speicherung von Kraftstoff sowie ein Druckregelventil 16 als Leckageeinrichtung. Bei einem herkömmlichen Betrieb des Verbrennungsmotors 8 wird über die Hochdruckpumpe 12 Kraftstoff innerhalb des Speichers 14 auf einen zum Betrieb geeigneten Druck gebracht. Falls der Druck innerhalb des Speichers 14 zu hoch werden sollte, kann durch Aktivierung des Druckregelventils 16 unter Herbeiführung einer Leckage Kraftstoff aus dem Speicher 14 abgelassen und somit der Druck wieder reduziert werden.
  • Der Elektromotor 6 und der Verbrennungsmotor 8 sind über mindestens ein Kupplungsmodul 18 als weitere Komponente des Hybridantriebs 4 miteinander koppelbar, so dass das mindestens eine Kupplungsmodul 18 die Funktion einer Kupplung zwischen mindestens einer Komponente des Elektromotors 6 und mindestens einer Komponente der Einspritzanlage 10 und/oder somit auch mindestens einer Komponente des Verbrennungsmotors 8 übernimmt. Somit kann über das mindestens eine Kupplungsmodul, je nach dem ob eine durch das mindestens eine Kupplungsmodul 18 bereitgestellte Kupplung zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verbrennungsmotor 8 geöffnet oder geschlossen ist, zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verbrennungsmotor 8 eine Wechselwirkung bereitgestellt werden, wodurch ein Austausch von Antriebsmoment und/oder Energie zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verbrennungsmotor 8 möglich ist.
  • Das Kraftfahrzeug 2 umfasst außerdem eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 20, die in 1 ebenfalls schematisch dargestellt ist und ein Steuergerät 22 umfasst. Dieses Steuergerät 22 ist über Verbindungen 24 mit dem Elektromotor 6, dem mindestens einen Kupplungsmodul 18, dem Verbrennungsmotor 8 und der Einspritzanlage 10 mit der Hochdruckpumpe 12, dem Speicher 14 und dem Druckriegelventil 16 als Komponenten des Hybridantriebs 4 verbunden. Über die Verbindungen 24 kann das Steuergerät 22 Betriebsparameter der genannten Komponenten des Hybridantriebs 4 erfassen und weiterhin Funktionen dieser Komponenten des Hybridantriebs 4 kontrollieren und somit steuern und/oder regeln.
  • Die Anordnung 20 ist zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 2 mit Hybridantrieb 4, ausgebildet. In einer Betriebssituation, bei der das Kraftfahrzeug 2 von dem Elektromotor 6 angetrieben wird und der Verbrennungsmotor 8 abgestellt ist, veranlasst das Steuergerät 22, dass der Elektromotor 6 zur Vorbereitung eines Starts des Verbrennungsmotors 8 ein Niveau des Drucks des Kraftstoffs in der Einspritzanlage 10 erhöht.
  • Das zumindest eine Kupplungsmodul 18, über das mindestens eine Komponente der Einspritzanlage 10 mit dem Elektromotor 6 zusammenwirkt, wird zur Ausführung des Verfahrens zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verbrennungsmotor 8 eingekuppelt, so dass der Elektromotor 6 mit der mindestens einen Komponente, hier die Hochdruckpumpe 12, verbunden ist und diese antreibt.
  • Zur Durchführung der anhand von 1 erläuternden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren kann das mindestens eine Kupplungsmodul 18 mit einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 8 zusammenwirken und somit die Nockenwelle oder Kurbelwelle antreiben. Hierzu wird das mindestens eine Kupplungsmodul 18 ausgehend von dem Steuergerät 22 derart beaufschlagt und somit eingekuppelt, dass zwischen dem mindestens einen Kupplungsmodul 18 und der Nocken- oder Kurbelwelle eine Wirkverbindung bereitgestellt wird. Somit ergibt sich, dass ausgehend von dem Elektromotor 6 über das mindestens eine Kupplungsmodul 18 und der Nocken- oder Kurbelwelle die Hochdruckpumpe 12 der Einspritzanlage 10 angetrieben wird, wodurch wiederum ein Druck des Kraftstoffs in dem Speicher 14 erhöht wird. Durch diese Wechselwirkung ergibt sich weiterhin, dass der Verbrennungsmotor 10 durch den Elektromotor 6 angeschleppt wird. Dies beinhaltet die Maßnahme, dass der Druck auf ein Niveau geregelt wird, das zur Durchführung des Starts des Verbrennungsmotors 8 erforderlich ist.
  • In Ausgestaltung wird der Verbrennungsmotor 8 bei ausreichend hohem Druck und bei Vorliegen eines Wunsches zur Durchführung des Starts, als möglicher Betriebsparameter, gestartet. Dieser Vorgang kann ebenfalls durch das Steuergerät 22 kontrolliert werden.
  • Der zunächst aufgebaute Druck kann wieder reduziert werden, falls bei Vorliegen eines erhöhten Drucks bis zu einem Start ein definiertes und/oder einzustellendes Zeitintervall vergeht, wobei ein zu hoher Druck über das Druckregelventil 16 der Einspritzanlage 10 abgebaut wird. In Ausgestaltung ist es möglich, dass der Druck von dem Steuergerät 22 durch abwechselnde Aktivierung des mindestens einen Kupplungsmoduls 18 und des Druckregelventils 16 auf ein geeignetes, hinreichend hohes Zwischen-Niveau geregelt wird, das geringer als das Niveau für einen normalen Start, bspw. Kaltstart, des Verbrennungsmotors 8 ist. Sobald jedoch der Wunsch für den Start vorliegt, kann der Druck durch Aktivierung des mindesten einen Kupplungsmoduls 18 in kurzer Zeit ausgehend von dem Zwischen-Niveau auf das für die erste Einspritzung geeignete Niveau erhöht werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10002132 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (2) mit Hybridantrieb (4), das einen Verbrennungsmotor (8) mit einer Einspritzanlage (10) und einen Elektromotor (6) aufweist, bei dem in einer Betriebssituation, bei der das Kraftfahrzeug (2) von dem Elektromotor (6) angetrieben wird und der Verbrennungsmotor (8) abgestellt ist, zur Vorbereitung eines Starts des Verbrennungsmotors (8) ein Niveau des Drucks des Kraftstoffs in der Einspritzanlage (10) durch den Elektromotor (6) erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Verbrennungsmotor (8) von dem Elektromotor (6) angeschleppt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Druck auf ein Niveau geregelt wird, das zur Durchführung des Starts des Verbrennungsmotors (8) erforderlich ist.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Druck des Kraftstoffs mit einer Hochdruckpumpe (12) der Einspritzanlage (10) geregelt wird, und bei dem die Hochdruckpumpe (12) durch den Elektromotor (6) angetrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Komponente des Verbrennungsmotors (8) mit dem Elektromotor (6) zusammenwirkt, wobei die mindestens eine Komponente durch zumindest ein Kupplungsmodul (18), das zwischen dem Elektromotor (6) und dem Verbrennungsmotor (8) eingekuppelt wird, angetrieben wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Druck auf ein Zwischen-Niveau geregelt wird, das geringer als das Niveau für einen normalen Start oder Kaltstart ist, wobei der Druck von dem Zwischen-Niveau auf ein für eine erste Einspritzung geeignetes Niveau erhöht wird, sobald ein Wunsch für einen Start vorliegt.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Verbrennungsmotor (8) bei ausreichend hohem Druck und bei Vorliegen eines Wunsches zur Durchführung des Starts gestartet wird.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Druck wieder reduziert wird, falls bei Vorliegen eines erhöhten Drucks bis zu einem Start ein definiertes Zeitintervall vergeht.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem ein zu hoher Druck des Kraftstoffs durch eine Leckageeinrichtung der Einspritzanlage (10) reduziert wird.
  10. Anordnung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (2) mit Hybridantrieb (4), das einen Verbrennungsmotor (8) mit einer Einspritzanlage (10) und einen Elektromotor (6) aufweist, bei dem das Kraftfahrzeug (2) in einer Betriebssituation von dem Elektromotor (6) angetrieben wird und der Verbrennungsmotor (8) abgestellt ist, wobei die Anordnung (20) ein Steuergerät (22) aufweist, das veranlasst, dass zur Vorbereitung eines Starts des Verbrennungsmotors (8) ein Niveau des Drucks des Kraftstoffs in der Einspritzanlage (10) durch den Elektromotor (6) erhöht wird.
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