DE102011050980B4 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) und einer Elektromaschine (4), und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die regenerierbare Filtereinrichtung in einem rein elektrischen Fahrbetrieb, in welchem das Hybridfahrzeug (1) nur durch die Elektromaschine (4) angetrieben wird, durch Einschalten der Brennkraftmaschine (2) mit einer von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängigen Spülstrategie gespült wird, wobei die von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängige Spülstrategie nach einem Betankungsvorgang angewendet wird oder die von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängige Spülstrategie nach einer Katalysatorheizphase angewendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine, 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.
  • Die DE 102 00 016 A1 stellt ein Verfahren und ein System bereit, um einen Dampfbehälter in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb bei Leerlaufbedingungen des Fahrzeugs zu spülen. Die Notwendigkeit einer Spülung wird anhand des Drucks im Kraftstofftank und der Zeit seit der letzten Spülung bestimmt.
  • Aus der US 5 371 412 A ist eine Spülstrategie einer regenerierbaren Filtereinrichtung bekannt, wobei die Spülstrategie in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit und der Menge an Kraftstoffdampf im Tank ausgewählt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das reproduzierbare Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine, und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine aufzunehmen, insbesondere in einem speziellen Testbetrieb, zu verbessern.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine, und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine aufzunehmen, dadurch gelöst, dass die regenerierbare Filtereinrichtung in einem rein elektrischen Fahrbetrieb, in welchem das Hybridfahrzeug nur durch die Elektromaschine angetrieben wird, durch Einschalten der Brennkraftmaschine mit einer von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs abhängigen Spülstrategie gespült wird. Die Filtereinrichtung umfasst zum Beispiel einen Aktivkohlefilter, der bei eingeschalteter Brennkraftmaschine und einer geöffneten oder geschlossenen Trennkupplung gespült wird. Beim Spülen des Aktivkohlefilters werden die in dem Aktivkohlefilter gespeicherten Dämpfe bei laufender Brennkraftmaschine der Verbrennung zugeführt, um die Filtereinrichtung zu regenerieren. Durch das Spülen des Aktivkohlefilters wird verhindert, dass Kraftstoffdämpfe aus der Filtereinrichtung in die Umgebung gelangen. Durch die von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs abhängige Spülstrategie kann ein unerwünschtes Überlaufen beziehungsweise Durchbrechen des Aktivkohlefilters verhindert werden, ohne dass der Fahrkomfort beeinträchtigt wird. Die von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs abhängige Spülstrategie wird nach einem Betankungsvorgang oder nach einer Katalysatorheizphase angewendet. Bei dem Betankungsvorgang erhöht sich die Konzentration der Kraftstoffdämpfe im Kraftstofftank und in der Filtereinrichtung. In der Katalysatorheizphase werden, vorzugsweise bei geöffneter Trennkupplung und eingeschalteter Brennkraftmaschine, Maßnahmen zum Heizen einer Katalysatoreinrichtung durchgeführt. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Katalysatoreinrichtung verbessert werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im Rahmen der von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs abhängigen Spülstrategie nur in einem Geschwindigkeitsbereich eingeschaltet wird, in welchem Betriebsgeräusche der Brennkraftmaschine akustisch nicht wahrnehmbar oder nicht störend sind. Zum Spülen der Filtereinrichtung muss die Brennkraftmaschine nicht bei voller Drehzahl betrieben werden. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird die Brennkraftmaschine mit Hilfe der erfindungsgemäßen Spülstrategie nur bei Fahrzeuggeschwindigkeiten betrieben, in welchen die von der Brennkraftmaschine erzeugten Betriebsgeräusche akustisch nicht oder so gut wie nicht wahrnehmbar sind.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei Erreichen einer oberen Grenzgeschwindigkeit im rein elektrischen Fahrbetrieb eingeschaltet wird, um die Filtereinrichtung zu regenerieren. Die obere Grenzgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 40 bis 50 Kilometer pro Stunde, insbesondere etwa 40 Kilometer pro Stunde.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei Erreichen einer unteren Grenzgeschwindigkeit im rein elektrischen Fahrbetrieb ausgeschaltet wird. Die untere Grenzgeschwindigkeit ist kleiner als die obere Grenzgeschwindigkeit und beträgt vorzugsweise 20 bis 30 Kilometer pro Stunde, insbesondere etwa 30 Kilometer pro Stunde.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im Rahmen der von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs abhängigen Spülstrategie nur dann eingeschaltet wird, wenn ein Beladungszustand der regenerierbaren Filtereinrichtung kritisch ist. Der Beladungszustand der regenerierbaren Filtereinrichtung wird vorzugsweise mit Hilfe eines Rechenmodells bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Temperatursensor in der regenerierbaren Filtereinrichtung als Indikator für einen drohenden Filterdurchbruch verwendet werden. Als Abbruchkriterium für die erfindungsgemäße Spülstrategie wird vorzugsweise das Luftmassenintegral aus der Tankentlüftung verwendet.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridfahrzeug als Parallelhybrid mit einer Trennkupplung ausgeführt ist. Die Brennkraftmaschine und die Elektromaschine können mit Hilfe der Trennkupplung einzeln oder gemeinsam zum Antrieb mindestens einer Achse des Hybridfahrzeugs verwendet werden. Bei geöffneter Trennkupplung ist die Brennkraftmaschine antriebsmäßig von der Elektromaschine getrennt oder entkoppelt und kann autark betrieben werden. Die Brennkraftmaschine wird im rein elektrischen Fahrbetrieb eingeschaltet, um die Filtereinrichtung zu regenerieren, und kann dabei einen Beitrag zum Antrieb des Hybridfahrzeugs und/oder zum Aufladen einer Batterie des Hybridfahrzeugs leisten. Durch die erfindungsgemäße Spülstrategie kann die Regenerationsfähigkeit der Filtereinrichtung, insbesondere in einem Testzyklus mit der Kurzbezeichnung FTP 75, deutlich verbessert werden.
  • 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 die Trennkupplung 15 zwischen der Elektromaschine 4 und der Brennkraftmaschine 2 geschlossen sein kann. Die Brennkraftmaschine 2 wird also zum Spülen der Filtereinrichtung eingeschaltet, kann dabei aber zum Antrieb des Hybridfahrzeugs 1 beitragen.
  • 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 ein Phasenablauf eines FTP75 Fahrzyklus dargestellt. Auf der x-Achse 21 ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf der y-Achse 22 ist die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs 1 aus 1 in Kilometer pro Stunde aufgetragen.
  • 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.
  • Zum Spülen der Filtereinrichtung wird die Brennkraftmaschine gemäß der erfindungsgemäßen Spülstrategie nur in einem Geschwindigkeitsbereich 50 eingeschaltet, um die Filtereinrichtung zu spülen.
  • Der Geschwindigkeitsbereich 50 wird nach oben von einer oberen Grenzgeschwindigkeit 51 begrenzt, die 40 Kilometer pro Stunde beträgt. Nach unten hin wird der Geschwindigkeitsbereich 50 von einer unteren Grenzgeschwindigkeit 52 begrenzt, die 30 Kilometer pro Stunde beträgt. Je nach Fahrzeug beziehungsweise Motorisierung können andere Geschwindigkeitsbereiche sinnvoll sein. Die Geschwindigkeitsbereiche hängen insbesondere von der Gestaltung der Brennkraftmaschinen und der Leistung der Elektromaschinen ab.
  • Nach einem Betankungsvorgang, der mit Hilfe einer entsprechenden Betankungserkennungseinrichtung erkannt wird, wird bei offener Trennkupplung zunächst eine Katalysatorheizphase durchgeführt, in welcher eine Katalysatoreinrichtung des Hybridfahrzeugs mit Hilfe der Brennkraftmaschine geheizt wird.
  • Des Weiteren werden im Betrieb des Hybridfahrzeugs verschiedene Diagnoseverfahren durchgeführt. Während der Diagnoseverfahren kann es sinnvoll sein, die Filtereinrichtung nicht zu spülen beziehungsweise keine Tankentlüftung durchzuführen. Die Beladung der Filtereinrichtung mit Kraftstoffdämpfen wird überwacht oder mit Hilfe eines geeigneten Rechenmodells bestimmt.
  • Die Trennkupplung ist in der Katalysatorheizphase bis zu einem Zeitpunkt 55 geöffnet. Danach kann die Trennkupplung geschlossen werden. Ab dem Zeitpunkt 55 wird die Brennkraftmaschine bei Geschwindigkeiten größer als 40 Kilometer pro Stunde gestartet, um die Filtereinrichtung zu spülen.
  • In dem Geschwindigkeitsbereich 50 sind die beim Spülen von der Brennkraftmaschine erzeugten Betriebsgeräusche nicht wahrnehmbar. Die Lastpunkte der Brennkraftmaschine liegen beim Spülen vorzugsweise in Bereichen, in welchen die Betriebsgeräusche der Brennkraftmaschine nicht hörbar sind.
  • Wenn das Hybridfahrzeug die untere Grenzgeschwindigkeit 52 von 30 Kilometer pro Stunde unterschreitet, wird die Brennkraftmaschine wieder abgeschaltet. Die erfindungsgemäße Spülstrategie ist so lange aktiv, bis die Beladung der Filtereinrichtung, insbesondere des Aktivkohlefilters, ein gewünschtes niedriges Niveau erreicht hat.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) und einer Elektromaschine (4), und mit einer regenerierbaren Filtereinrichtung, die dazu dient, Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die regenerierbare Filtereinrichtung in einem rein elektrischen Fahrbetrieb, in welchem das Hybridfahrzeug (1) nur durch die Elektromaschine (4) angetrieben wird, durch Einschalten der Brennkraftmaschine (2) mit einer von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängigen Spülstrategie gespült wird, wobei die von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängige Spülstrategie nach einem Betankungsvorgang angewendet wird oder die von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängige Spülstrategie nach einer Katalysatorheizphase angewendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) im Rahmen der von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängigen Spülstrategie nur in einem Geschwindigkeitsbereich (50) eingeschaltet wird, in welchem Betriebsgeräusche der Brennkraftmaschine (2) akustisch nicht wahrnehmbar oder nicht störend sind.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) bei Erreichen einer oberen Grenzgeschwindigkeit (51) im rein elektrischen Fahrbetrieb eingeschaltet wird, um die Filtereinrichtung zu regenerieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Grenzgeschwindigkeit (51) 40 bis 50 Kilometer pro Stunde beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) bei Erreichen einer unteren Grenzgeschwindigkeit (52) im rein elektrischen Fahrbetrieb ausgeschaltet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grenzgeschwindigkeit (52) 20 bis 30 Kilometer pro Stunde beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) im Rahmen der von der Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs (1) abhängigen Spülstrategie nur dann eingeschaltet wird, wenn ein Beladungszustand der regenerierbaren Filtereinrichtung kritisch ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridfahrzeug (1) als Parallelhybrid mit einer Trennkupplung (15) ausgeführt ist.
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