DE102015224557A1

DE102015224557A1 - Hybridverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015224557A1
Application number: DE102015224557.8A
Authority: DE
Inventors: Theodor Paulus
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2016-12-22
Also published as: EP3106361A1

Abstract

Ein System zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs wird beschrieben. Der Fahrzeugantriebsstrang ist mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor gekoppelt. Der Verbrennungsmotor generiert eine erste Serie von Drehmomentimpulsen, und der Elektromotor generiert eine zweite Serie von Drehmomentimpulsen. Die Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors und die Drehmomentimpulse des Elektromotors werden an den Antriebsstrang angelegt und werden in denselben Richtungssinn gerichtet. Als ob die Anzahl der Zylinder des Kolbenmotors erhöht wäre, wird mindestens ein Drehmomentimpuls, der von dem Elektromotor generiert wird, chronologisch zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors generiert. Der Elektromotor kann die Kompressionsphase mindestens eines der Zylinder unterstützen oder vornehmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, ein Verfahren zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang, und ein Fahrzeug, welches ein System zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs aufweist.
Umweltanliegen und das Streben nach der Reduktion von Mobilitätskosten führen zu neuen Motorkonzepten. Zur Reduktion von Kohlendioxidemissionen sind Konzepte, die Elektromotoren einschließen, im Zunehmen. Reichweitenprobleme und die begrenzten Kapazitäten von Batterien machen Hybridkonzepte jedoch weniger attraktiv. Vorteile beider Motortypen könnten kombiniert werden. Dies kann es ermöglichen, dass der Verbrennungsmotor eine kleinere Größe aufweist.
Somit sind Verbrennungsmotoren weiterhin ein Gegenstand eines fortgesetzten Optimierungsprozesses. Zur Steigerung der Effizienz, d. h. des spezifischen Treibstoffverbrauchs für die generierte Leistung, werden im Allgemeinen eine niedrige Anzahl von Zylindern und eine niedrige Drehzahl, insbesondere eine optimale Drehzahl, angestrebt. Es ist jedoch wohlbekannt, dass eine Reduktion der Anzahl von Zylindern für einen problemlosen Betrieb eines Kolbenmotors nachteilig ist. Starke Vibrationen können bei niedrigen Frequenzen auftreten, die daher einen starken Einfluss auf mechanische Teile des Antriebsstrangs ausüben. Da die Lebensdauer des Antriebsstrangs beeinträchtigt werden kann und der Komfort der Passagiere negativ beeinflusst werden kann, werden Vibrationen beispielsweise durch die Einführung von Schwungrädern behandelt.
Die Reduktion der Anzahl von Zylindern beispielsweise auf unter drei kann jedoch erfordern, dass die Schwungräder eher groß ausgebildet werden, zusätzlich zu Problemen beim Starten des Motors.
Es kann zweckmäßig sein, einen Hybridmotor mit optimiertem Treibstoffverbrauch durch eine niedrige Anzahl von Zylindern mit reduzierten Vibrationsproblemen zu haben.
Die Veröffentlichung DE 20 2013 104 787 U1 , die im Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche repräsentiert wird, beschreibt eine Vorrichtung zur Reduktion von Torsionsvariationen eines internen Verbrennungsmotors (ICE). In einer ersten Phase wird eine zusätzliche Maschine als Generator verwendet und wird in einer zweiten Phase als Antrieb für den ICE verwendet. Bei einem niedrigen Ladezustand der Batterie kann die Energie, die zum Antreiben des ICE während der zweiten Phase notwendig ist, während der ersten Phase erzeugt werden. Die Batterie des Fahrzeugversorgungssystems wird als temporärer Energiespeicher verwendet. Es wurde gefunden, dass diese wechselnde Belastung mit hoher Frequenz für die Batterie die Lebensdauer der Batterie signifikant reduziert. Da eine Batterie mit einem schlechten Funktionszustand die geeignete Funktion des Fahrzeugs nicht zu jeder Zeit garantiert, kann es auch zweckmäßig sein, ein System mit höherer Zuverlässigkeit bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei weitere Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung von Aspekten und Ausführungsform eingeschlossen sind.
Die folgende detaillierte Beschreibung ist nur von beispielhafter Natur und soll die Anmeldung und Verwendungen nicht einschränken. Ferner ist es nicht beabsichtigt, an irgendeine Theorie gebunden zu sein, die in dem vorhergehenden Hintergrund oder in der Kurzdarstellung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System in einem Fahrzeugantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs. Der Fahrzeugantriebsstrang ist mit einem Verbrennungsmotor (insbesondere mit einem internen Verbrennungsmotor) und mit einem Elektromotor gekoppelt, wobei der Verbrennungsmotor ausgebildet ist, eine erste Serie von Drehmomentimpulsen zu generieren, und der Elektromotor ausgebildet ist, eine zweite Serie von Drehmomentimpulsen zu generieren. Die Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors und die Drehmomentimpulse des Elektromotors werden an den Antriebsstrang angelegt und werden in denselben Richtungssinn gerichtet. Ferner wird mindestens ein Drehmomentimpuls, der von dem Elektromotor generiert wird, chronologisch zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors generiert. Dies kann Torsionsschwingungen in dem Antriebsstrang reduzieren.
Der Ausdruck „Hybridfahrzeug” impliziert zwei Typen von Motoren in einem Fahrzeug. In diesem Fall sind ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor in einem Fahrzeug integriert.
Ein Fahrzeug kann Automobile, d. h. Personenfahrzeuge, aber auch Lastkraftwägen, Busse, Traktoren, Panzer, Baumaschinen, Motorräder und dgl. bezeichnen.
Der Elektromotor sowie der Verbrennungsmotor sind mit dem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt. Das bedeutet, dass der Fahrzeugantriebsstrang grundsätzlich das das Drehmoment übertragende Element zwischen einem oder mehreren Motoren und letztendlich den Rädern ist. Der Antriebsstrang kann unter anderem eine oder mehrere Kupplungen, ein Getriebe, Sensoren z. B. zur Messung der Drehzahl oder der Umdrehungen pro Minute und Mittel zur Schmierung aufweisen.
Der Verbrennungsmotor ist ausgebildet, eine erste Serie von Drehmomentimpulsen zu generieren. Die Drehmomentimpulse betreffen einen positiven Beitrag zum Drehmoment für den gewünschten Antrieb des Fahrzeugs. Es ist zeitlich begrenzt, tritt jedoch wiederholt auf. In den Intervallen zwischen den Impulsen kann das von dem Verbrennungsmotor generierte Drehmoment niedrig sein (verglichen mit den Spitzen der Impulse), es kann Null sein, oder es kann sogar negativ sein, d. h. entgegengesetzt zur oben angegebenen Richtung des Beitrags zum gewünschten Fahrzeugantrieb. Wenn der Verbrennungsmotor beispielsweise ein Kolbenmotor ist, ist die Drehmomentleistung eines Zylinders in einem Vierhubmotor in drei von vier Zyklen aufgrund der Reibung und des Ansaugens von frischer Luft und Treibstoff negativ. Nur ein, d. h. der vierte, Krafthub trägt ein Drehmoment bei, das für den Antrieb zu verwenden ist.
Der Elektromotor ist auch ausgebildet, eine Serie von Impulsen zu generieren. Die oben angegebene Beschreibung der Intervalle zwischen den Impulsen kann auch für den Elektromotor gelten. Das heißt, die Drehmomentimpulse werden wiederholt, und das von dem Elektromotor generierte Drehmoment kann zwischen den Drehmomentimpulsen Null oder negativ sein. Mit anderen Worten betrifft der Ausdruck „Drehmomentimpulse” ein positives Drehmoment, d. h. in einem Richtungssinn, der zur gewünschten Antriebsrichtung beiträgt. Dies beeinflusst die potentiell negativen Drehmomentintervalle nicht, z. B. wenn der Elektromotor beispielsweise in einem Generatormodus während der positiven Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors ist. Mit anderen Worten, an einem spezifischen Punkt während des Betriebs der beiden Motoren kann mindestens einer dieser beiden Motoren ein negatives Drehmoment zu dem erhaltenden Drehmoment beider Motoren beitragen, während der andere Motor gleichzeitig ein positives Drehmoment beitragen kann. Vorzugsweise ist das erhaltene Drehmoment, d. h. die Summe des negativen und positiven Drehmoments, gleich oder größer als 0.
Die oben angeführten Zeitintervalle eines potentiell geringfügig negativen Drehmoments (was sich eher auf die Reibung als auf ein „generiertes” Drehmoment bezieht) stehen der Tatsache nicht entgegen, dass beide, der Verbrennungsmotor und der Elektromotor, ausgebildet sind, ein Drehmoment grundsätzlich in demselben Richtungssinn beizutragen. Insbesondere sind die Drehmomentimpulse des Elektromotors und die Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors in denselben Richtungssinn gerichtet. Mit anderen Worten haben die Spitzen der jeweiligen Drehmomentimpulse das gleiche Vorzeichen.
Die Drehmomentimpulse des Elektromotors können derart generiert werden, dass sie zwischen den Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors auftreten. Somit fällt ein Drehmomentimpuls des Verbrennungsmotors im Allgemeinen zeitlich nicht mit einem Drehmomentimpuls des Elektromotors zusammen, sondern ein Drehmomentimpuls des Verbrennungsmotors wird von einem Drehmomentimpuls des Elektromotors gefolgt. Es ist auch möglich, dass anschließend einige Drehmomentimpulse von dem Elektromotor nach einem Drehmomentimpuls des Verbrennungsmotors generiert werden. Daher kann oder können zwischen zwei Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors ein oder mehrere Drehmomentimpulse des Elektromotors sein.
Die Reduktion der Anzahl von Zylindern in einem Kolbenmotor oder die Senkung der Frequenz des Krafthubs führt zu einer Drehmomentgenerierung mit niedrigerer Frequenz und somit zu einer Anregung von Torsionsschwingungen in dem Antriebsstrang mit niedrigerer Frequenz. Beide Ansätze, die Reduktion der Anzahl von Zylindern und die Senkung der UpM, d. h. des Krafthubs eines Motors, werden als Strategie zur Reduktion des spezifischen Treibstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors verwendet. Daher können Drehmomentspitzen eines derart ausgebildeten Motors höher sein, verglichen mit anderen Kolbenmotoren, zusätzlich zur niedrigeren Frequenz, mit der die Drehmomentspitzen auftreten.
Das Anlegen von Drehmomentimpulsen des Elektromotors chronologisch zwischen den Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors ermöglicht, dass der Wert, d. h. die Amplitude, der Drehmomentspitzen des Verbrennungsmotors reduziert wird. Der Grund dafür ist, dass das Integral mit der Zeit der Drehmomentspitzen von beiden Motoren generiert wird. Um zum Drehimpuls des Antriebsstrangs beizutragen, wird das Integral des Drehmoments mit der Zeit berücksichtigt. Somit ergibt sich das Integral des Drehmoments mit der Zeit, d. h. der erhaltene Drehimpuls, aus dem Teil der Impulse des Elektromotors und der Impulse des Verbrennungsmotors.
Die oben erläuterte Strategie kann nicht nur kleinere Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors erleichtern, sondern auch die Frequenz der Drehmomentimpulse erhöhen, die auf den Antriebsstrang wirken. Somit kann dies an einen Verbrennungsmotor mit einer praktisch höheren Anzahl von Zylindern angeglichen werden, wobei die Vorteile eines Verbrennungsmotors mit einer hohen Anzahl von Zylindern genützt und angeglichen werden. Zu diesem Zweck wird versucht, die Anzahl von Drehmomentimpulsen zu erhöhen und den Spitzenwert der Drehmomentimpulse zu senken. Das Spektrum der Frequenzanregung in dem Antriebsstrang wird somit zu höheren Frequenzen verschoben, während eine glattere Anregung durch Drehmomentimpulse erzielt wird, auch wenn beispielsweise eine sehr niedrige Anzahl von Zylindern in einem Kolbenmotor verwendet wird.
Es kann ein vorteilhafter Effekt der Erfindung sein, die Anzahl von Drehmomentimpulsen, die an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs angelegt werden, praktisch zu verdoppeln oder zu vervielfachen, wodurch die Frequenz der Drehmomentimpulse erhöht wird, was eine Senkung der Spitzen der Drehmomentimpulse ermöglicht. Beide Mittel haben positive Effekte auf das Vibrationsniveau in dem Antriebsstrang, wodurch der Passagierkomfort und die Lebensdauer des Antriebsstrangs verbessert werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht eine Form der Drehmomentimpulse, die von dem Elektromotor generiert werden, einer Form der Drehmomentimpulse, die von dem Verbrennungsmotor generiert werden.
Für einen stationären Zustand und problemlosen Betrieb des Fahrzeugs kann es zweckmäßig sein, die Form der Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors an den Elektromotor anzugleichen. Durch das Angleichen der Form kann es beabsichtigt werden, eine Form zu erzeugen, die identisch ist mit jener des Drehmomentimpulses des Verbrennungsmotors. Es kann jedoch auch auf das Integral eines Drehmomentimpulses Bezug genommen werden, der von dem Verbrennungsmotor generiert wird, wodurch dem Antriebsstrang des Fahrzeugs derselbe Transferdrehimpuls verliehen wird wie durch den Verbrennungsmotor.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht eine Form der Drehmomentimpulse, die von dem Elektromotor generiert werden, einer Form der Drehmomentimpulse, die von dem Verbrennungsmotor generiert werden, erhöht durch ein Abstimmsignal.
Zusätzlich zur Replizierung der Drehmomentform, die von dem Verbrennungsmotor generiert wird, können Abstimmsignale von dem Elektromotor generiert werden. Ein Abstimmsignal kann angelegt werden, um negative Drehmomentintervalle des Verbrennungsmotors zu kompensieren, d. h. beispielsweise Reibungseffekte, oder um allgemein zu einem problemlosen Betrieb des Fahrzeugantriebsstrangs beizutragen. Es kann auch versucht werden, den Grad der Effizienz des Elektromotors oder die gesamte Effizienz des Antriebssystems zu verbessern. Optimierungen in einer beliebigen Richtung durch die Erhöhung des Drehmomentimpulses des Elektromotors durch Abstimmsignale können möglich sein.
Gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind alle Drehmomentimpulse, die von dem Elektromotor generiert werden und von dem Verbrennungsmotor generiert werden, äquidistant verteilt.
Das bedeutet, dass die Zeiteinstellung z. B. von Spitzen aller Intervalle konstant ist. Die Impulse von beiden, von dem Verbrennungs- und dem Elektromotor, sind über die Zeit derart verteilt, dass die Impulse in konstanten Zeitschritten folgen und wiederholt werden, als würden sie von einem Uhrwerk gesteuert. Nicht nur die Spitzen von Intervallen können für eine Beschreibung der Verteilung der Impulse verwendet werden, sondern beispielsweise auch ein ausgeglichener Mittelwert eines Impulses (z. B. durch Integrieren und Normalisieren der Form eines Impulses), oder der Beginn eines Impulses, oder andere Messungen. Alle Beschreibungen haben gemeinsam, dass sie die gleichmäßige Verteilung von Impulsen für ein rhythmisches Auftreten von Drehmomentimpulsen hervorheben.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das System, wie oben und im Folgenden weiter beschrieben, eine Modulkupplung auf, wobei die Modulkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnet ist.
Die Modulkupplung verbindet zwei Glieder des Antriebsstrangs, um eine Drehmomenttransmission zwischen den Gliedern gegebenenfalls in Eingriff zu bringen oder zu lösen. Insbesondere kann eine Drehmomenttransmission zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor unterbrochen werden. Eine mögliche Notwendigkeit des Lösens der Drehmomenttransmission, d. h. den Verbrennungsmotor von der Drehmomentverbindung mit dem Antriebsstrang zu trennen, wäre, wenn die Bremsen des Fahrzeugs betätigt werden, und der Elektromotor einen Generatormodus zur Gewinnung von Energie z. B. für eine Batterie oder einen Kondensator aufweist. Es kann auch möglich sein, dass der Verbrennungsmotor in bestimmten Situationen ausgeschaltet wird. In diesen Fällen könnte der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang getrennt werden, um eine zusätzliche Reibung durch den Verbrennungsmotor zu vermeiden. Die Modulkupplung ist beispielsweise eine Friktionsscheibe.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Modulkupplung torsionssteif.
Dies kann insbesondere wichtig sein, um das Betriebsprinzip des Hybridantriebssystems zu nutzen, bei dem die Drehmomentimpulse aufeinanderfolgend angelegt werden. „Torsionssteif” bedeutet, dass die Motoren derart gekoppelt sind, dass das Drehmoment ohne merkbare Verluste zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor übertragen wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das System, wie oben und im Folgenden weiter beschrieben, ferner ein Torsionsoszillations-Reduktionsmittel auf, wobei das Torsionsoszillations-Reduktionsmittel an einer Welle des Antriebsstrangs hinter dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor angeordnet ist.
Ein Torsionsoszillations-Reduktionsmittel kann ein Vibrationsabsorptionsmittel, ein Vibrationsdämpfungsmittel oder einfach eine Masse sein, die Drehmomentimpulse durch ihr signifikantes Trägheitsmoment glättet. Ein Vibrationsabsorptionsmittel weist ein getrenntes Masse-Feder-Dämpfungssystem auf, dessen Resonanzfrequenz ausgebildet ist, nahe bei einer berücksichtigten Anregungsfrequenz zu liegen, wodurch ein Maximum an Vibrationsenergie durch Reibung (und letztendlich Wärme) aufgehoben wird. Ein Vibrationsdämpfungsmittel zielt direkt auf die Dämpfung irgendeiner Bewegung durch (viskose) Reibung eines Glieds des Antriebsstrangs ab. Kombinationen der oben angegebenen Mittel zur Reduktion von Vibrationen können auch möglich sein. Der Ausdruck „hinter” bezieht sich auf einen Abschnitt des Antriebsstrangs, der außerhalb einer imaginären Gruppe mit den Elementen Verbrennungsmotor und Elektromotor liegt. Mit anderen Worten ist das Torsionsoszillations-Reduktionsmittel nicht zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnet, sondern an einem Abschnitt des Antriebsstrangs, hinter dem die z. B. torsionssteif gekoppelten Motoren platziert sind. Dies ist konsistent mit der Ausführungsform der Erfindung, in welcher der Elektromotor und der Verbrennungsmotor durch eine torsionssteife Verbindung gekoppelt sind, z. B. eine steife Modulkupplung. In dieser Ausführungsform kann der Elektromotor als Schwungrad für einen Verbrennungsmotor wirken, z. B. einen Kolbenmotor mit einer niedrigen Anzahl von Zylindern. Eine niedrige Anzahl von Zylinder kann sich z. B. auf nicht mehr als drei oder sogar zwei oder einen Zylinder beziehen. In dieser Ausführungsform können Probleme beim Starten oder Stoppen des Verbrennungsmotors vermieden werden. Obiges gilt insbesondere, wenn das Oszillationsreduktionsmittel ein Vibrationsentkopplungselement ist, z. B. ein Schwungrad mit zwei Scheiben, die ein ausreichendes Trägheitsmoment liefern, wobei die Schwungräder durch eine Torsionsfeder verbunden sind. In diesem Fall liegt keine torsionssteife Kopplung mehr vor. Es kann jedoch präzise erwünscht sein, den Verbrennungsmotor und den Elektromotor mit einem torsionssteifen Element zu verbinden, um die Impulse beider Motoren effektiv an den Antriebsstrang anzulegen, und um die Vorteile davon zu nützen (praktisch die Anzahl von Zylindern eines Kolbenmotors zu erhöhen). Daher ist das Torsionsoszillations-Reduktionsmittel hinter den Motoren angeordnet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Torsionsoszillations-Reduktionsmittel ein Zweimassen-Schwungrad.
Ein Zweimassen-Schwungrad weist zwei Massen auf, z. B. zwei Scheiben, um ihr Trägheitsmoment zu nützen. Ferner sind die Scheiben durch eine Feder gekuppelt. Somit stellt ein dynamisches System zweiter Ordnung eine optimierte Frequenztransmission auf dem Antriebsstrang sicher, insbesondere zur Minimierung der Transmission von Torsionsschwingungen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Verbrennungsmotor ein Kolbenmotor.
Kolbenmotoren werden häufig für Fahrzeuge verwendet. Unter unzähligen Arten von Kolbenmotoren sind Otto-Motortypen oder Diesel-Motoren üblicherweise zur Verwendung in Fahrzeugen vorgesehen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Kolbenmotor einen oder zwei oder drei Zylinder. Der Kolbenmotor kann jedoch auch vier, fünf, sechs oder mehrere Zylinder aufweisen.
Die Reduktion der Anzahl von Zylindern erhöht den ungleichmäßigen Betrieb des Motors. Dies ist der Grund, warum die meisten Kolbenmotoren in Fahrzeugen mindestens vier Zylinder aufweisen. Der Kolbenmotor in dieser Ausführungsform kann jedoch weniger Zylinder als vier haben, insbesondere einen Zylinder, oder zwei oder drei Zylinder. Dies kann den spezifischen Treibstoffverbrauch signifikant reduzieren.
In einer Ausführungsform ist der Elektromotor eingerichtet, ein Drehmoment zu generieren, um die um die Kompressionsphase in dem Zylinder in einem stationären Zustand des Verbrennungsmotors vorzunehmen oder mindestens zu unterstützen. Die Elektromaschine unterstützt die Kompressionsphase oder nimmt diese vor, nachdem eine Startphase des Verbrennungsmotors vollendet wurde, mit anderen Worten in einem stationären Zustand des laufenden Verbrennungsmotors. Insbesondere kann der Elektromotor den Verbrennungsmotor oder mindestens einen Zylinder davon jeweils während der Kompressionsphase des Verbrennungsmotors oder des mindestens einen Zylinders unterstützen. Als Beispiel kann der Elektromotor eingerichtet sein, mindestens 40%, mindestens 50%, mindestens 70%, mindestens 90% oder mindestens 95% des Drehmoments vorzusehen, das notwendig ist, um jeweils die Kompressionsphase des Zylinders oder des Verbrennungsmotors vorzunehmen oder zu vollenden. Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist der Elektromotor mit einem nominalen oder maximalen Drehmoment ausgebildet, das ausreicht, um das Kompressionsphasenmoment zu vollenden oder vorzunehmen. Zusätzlich kann ein Treiber, eine Steuervorrichtung oder ein Zeitgeber des Elektromotors vorgesehen sein, der bzw. die eingerichtet ist, die Leistung und/oder Zeiteinstellung des Elektromotors zu steuern, um das Drehmoment zur Vornahme der Kompressionsphase zu generieren, wie oben angegeben. Es ist zu beachten, dass das System inhärent mit einem Trägheitsmoment versehen ist, das, zusammen mit dem von dem Elektromotor generierten Drehmoment, die Kompressionsphase unterstützt oder vornimmt. Ferner kann ein Drehmoment, das während eines Arbeitshubs eines weiteren Zylinders vorgesehen wird, das Drehmoment unterstützen, das erforderlich ist, um die Kompressionsphase vorzunehmen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Drehmomentimpulse, die von dem Verbrennungsmotor generiert werden, zu dem Antriebsstrang und dem Elektromotor proportioniert, und wobei der Elektromotor Elektrizität aus diesen Drehmomentimpulsen generiert.
Der Elektromotor kann ausgebildet sein, einen Generatormodus aufzuweisen. Obwohl er physikalisch an erster Stelle als Generator ausgebildet ist, kann der Elektromotor einen Anschluss und ein jeweiliges Transistorsteuersystem aufweisen, um einen Kondensator oder eine Batterie oder dgl. zu laden. Somit kann zur weiteren Reduktion des Einflusses eines kurzen, jedoch intensiven Drehmomentimpulses, der von dem Verbrennungsmotor generiert wird, der Elektromotor mindestens einen Teil dieses Drehmomentimpulses verbrauchen, um zu speichernde Elektrizität zu generieren, und diese Energie zu dem Antriebsstrang in Zyklen des einen oder mehrerer Zylinder zurückführen, in welchen Zyklen beispielsweise frische Luft in den Zylinder gesaugt wird, oder die Verbrennungsgase aus dem Zylinder ausgestoßen werden, d. h. in Zyklen, in denen der Zylinder eher Energie verbraucht, anstatt dem Antriebsstrang Energie zuzuführen. Insbesondere wenn die Modulkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor geschlossen ist, kann der Elektromotor ausgebildet sein, dem Verbrennungsmotor ein Drehmoment zu liefern, insbesondere in Zyklen des Verbrennungsmotors, welche Zyklen keine Drehmomentimpulse für einen Beitrag zu der gewünschten Bewegung des Fahrzeugs erzeugen. Jene Zyklen verbrauchen eher Energie durch Reibung und Kompressionsverluste. Die Elektromaschine generiert ein Drehmoment, um die Kompressionsphase im Zylinder vorzunehmen. Der Elektromotor kann somit ein Abwürgen des Verbrennungsmotors vermeiden, obwohl kein oder ein kleines Schwungrad vorhanden ist, um den Verbrennungsmotor mit einer niedrigen Anzahl von Zylindern am Laufen zu halten. Dies gilt insbesondere für einen Verbrennungsmotor mit vier Zyklen mit einem oder zwei Zylindern, wobei Zyklen existieren (gesehen über den gesamten Motor), die Energie verbrauchen, z. B. der Abgaszyklus, oder der Zyklus, in dem frische Luft in einen Zylinder gesaugt wird. Mit anderen Worten, der Elektromotor kann ausgebildet sein, die kontinuierliche Bewegung des Verbrennungsmotors während Zyklen des Verbrennungsmotors sicherzustellen, welche Zyklen Energie verbrauchen und somit ein Drehmoment, anstatt ein positives Drehmoment zu erzeugen. Der Elektromotor kann, wie oben erläutert, die Energie verwenden, die während der Zyklen des Verbrennungsmotors gespeichert wurde, welche positive Drehmomentimpulse erzeugt haben. In diesem Fall hat der Elektromotor wechselnde Zustände zwischen dem Generatormodus und dem Motormodus.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erste Serie von Drehmomentimpulsen dieselbe Frequenz wie die zweite Serie von Drehmomentimpulsen auf, so dass eine Anregungsfrequenz, die auf den Antriebsstrang wirkt, einer Anregungsfrequenz entspricht, die von einem Verbrennungsmotor mit der doppelten Anzahl von Zylindern wie der Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs generiert wird.
In dieser Ausführungsform verdoppelt sich die Anzahl von Zylindern praktisch. Wenn beispielsweise ein Dieselmotor mit zwei Zylindern für das Hybridfahrzeug vorgesehen ist, tritt ein Drehmomentimpuls, der von dem Elektromotor zwischen zwei Drehmomentimpulsen des Dieselmotors generiert wird, als Torsionsanregung für den Antriebsstrang auf, als wäre der Dieselmotor mit vier Zylindern versehen, wodurch ein problemloser Betrieb gewährleistet wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang, aufweisend die Schritte:

– Identifizieren der Frequenz und/oder Form mindestens eines Drehmomentimpulses des Verbrennungsmotors;
– Betreiben des Elektromotors in Impulsen, so dass mindestens ein Impuls des Elektromotors chronologisch zwischen zwei Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors zugeordnet wird.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das wie oben beschriebene Verfahren ferner die Schritte auf:

– Angleichen der Form des Drehmomentimpulses des Verbrennungsmotors an die Form des Drehmomentimpulses des Elektromotors; und
– Hinzufügen eines Abstimmsignals zu dem Drehmomentimpuls des Elektromotors.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das ein System, wie oben und/oder nachstehend beschrieben, aufweist.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden mit Bezugnahme auf die nachstehenden Ausführungsformen ersichtlich und erläutert.
Nun werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen Antriebsstrang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Zeitverlauf der Drehmomentimpulse beider Motoren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt einen Zeitverlauf der Drehmomentimpulse beider Motoren gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Zeitverlauf der Drehmomentimpulse beider Motoren gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Darstellung der Drehmomentformen von zwei Motoren.
Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch. In verschiedenen Zeichnungen sind ähnliche oder identische Elemente mit denselben Bezugszahlen versehen.
1 zeigt einen Antriebsstrang 100 mit einem Verbrennungsmotor 110, der mit einem Elektromotor 120 durch eine torsionssteife Modulkupplung 130 verbunden ist. Hinter diesen beiden Motoren ist ein Oszillationsreduktionsmittel 140, z. B. ein Zweimassen-Schwungrad, an dem Antriebsstrang 100 angebracht. Alle Komponenten sind durch eine Welle 102 verbunden, die das Mittel zur Übertragung des Drehmoments zwischen den Motoren 110, 120 letztendlich zu den Rädern ist.
2 zeigt einen Zeitverlauf der Drehmomentimpulse 111, 121 beider Motoren 110, 120. Zuerst ist ein Drehmomentimpuls 111 gezeigt, der von dem Verbrennungsmotor 110 generiert wird. Er wird gefolgt von einem Drehmomentimpuls 121, der von dem Elektromotor 120 generiert wird. Danach tritt wieder ein Drehmomentimpuls 111 auf, der von dem Verbrennungsmotor 110 generiert wird. Dann wird erneut ein Drehmomentimpuls 121 vorgesehen, der von dem Elektromotor 120 generiert wird. Somit werden abwechselnde Drehmomentimpulse 121, 111 von dem Elektromotor 120 und dem Verbrennungsmotor 110 vorgesehen. Die Form der jeweiligen Impulse 121, 111 ist ungefähr gleich.
3 zeigt einen Zeitverlauf der Drehmomentimpulse 121, 111 beider Motoren 120, 110. 3 basiert auf 2, der Drehmomentimpuls 121, der von dem Elektromotor 120 generiert wird, hat jedoch nicht genau die gleiche Form wie der Drehmomentimpuls 111, der von dem Verbrennungsmotor 110 generiert wird. Der Drehmomentimpuls 121, der von dem Elektromotor 120 generiert wird, wird mit zusätzlichen Abstimmsignalen versehen, um die Leistungszahl zu erhöhen oder um ein negatives Drehmoment des Verbrennungsmotors 110 zu kompensieren, z. B. wenn Abgasluft aus dem Zylinder entfernt wird.
4 zeigt einen Zeitverlauf der Drehmomentimpulse 121, 111 beider Motoren 120, 110, wobei im Gegensatz zu 3 und 2 zwei Drehmomentimpulse 121 von dem Elektromotor 120 zwischen zwei Drehmomentimpulsen 111 generiert werden, die von dem Verbrennungsmotor 110 generiert werden. Daher hat sich die Frequenz der Drehmomentimpulse 121, 111 verdreifacht, verglichen mit der Frequenz der Drehmomentimpulse 111, die von dem Verbrennungsmotor 110 allein generiert werden.
5 zeigt ein Verfahren zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang 100 eines Fahrzeugs 2. Der erste Schritt ist das Identifizieren S1 der Frequenz und/oder Form mindestens eines Drehmomentimpulses 111 des Verbrennungsmotors 110; als Nächstes wird der Elektromotor 120 in Intervallen 121 betrieben S2, so dass mindestens ein Intervall 121 des Elektromotors 120 chronologisch zwischen zwei Drehmomentintervallen 111 des Verbrennungsmotors 110 zugeordnet wird. Danach wird ein Angleichen S3 der Form des Drehmomentintervalls 111 des Verbrennungsmotors 110 an die Form des Drehmomentintervalls 121 des Elektromotors 120 durchgeführt; schließlich wird ein Abstimmsignal zu dem Drehmomentintervall 121 des Elektromotors 120 hinzugefügt S4.
6 zeigt ein Fahrzeug 2 mit einem Verbrennungsmotor 110, einem Elektromotor 120 und einer Welle 102 zur Transmission des Drehmoments gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 betrifft ein Beispiel, bei dem der Elektromotor in der Lage ist, die Rolle eines elektrischen Generators während der Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors zu spielen, wodurch ein negatives Drehmoment während dieses Intervalls hinzugefügt wird. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors ist mit Kreisen angezeigt, das Drehmoment des Elektromotors ist mit Dreiecken angezeigt, und das erhaltene Drehmoment (Summe beider vorhergehenden Drehmomentwerte) ist als reine Linie angezeigt. Die Drehmomentwerte sind gegenüber der Zeit auf der horizontalen Achse aufgetragen. Zwischen den Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors, in denen der Verbrennungsmotor ein negatives Drehmoment an die Welle aufgrund von Reibung und Abgasprozessen anlegt, liefert der Elektromotor ein positives Drehmoment zur Kompensation des negativen Drehmoments, das von dem Verbrennungsmotor angelegt wird. Daher kann ein negatives Nettodrehmoment vermieden werden und das Nettodrehmoment (Summe des Drehmoments des Verbrennungs- und Elektromotors) kann immer größer als oder gleich Null sein. Dies kann als praktische Verdopplung der Anzahl von Zylindern angesehen werden, wobei jedoch der zusätzliche Zylinder viel weniger leistungsstark ist.
Bezugszeichenliste

2: Fahrzeug
100: Antriebsstrang
102: Welle
110: Verbrennungsmotor
111: Drehmomentimpuls des Verbrennungsmotors
120: Elektromotor
121: Drehmomentimpuls des Elektromotors
130: Modulkupplung
140: Oszillationsreduktionsmittel
S1: Identifizieren
S2: Betreiben
S3: Angleichen
S4: Hinzufügen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202013104787 U1 [0006]

Claims

System zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang (100) eines Hybridfahrzeugs (2), wobei das System aufweist: einen Verbrennungsmotor (110), einen Elektromotor (120), einen Fahrzeugantriebsstrang (100), der mit dem Verbrennungsmotor (110) und dem Elektromotor (120) gekoppelt ist, wobei der Verbrennungsmotor (110) ausgebildet ist, eine erste Serie von Drehmomentimpulsen (111) zu generieren, und der Elektromotor (120) ausgebildet ist, eine zweite Serie von Drehmomentimpulsen (121) zu generieren, wobei die Drehmomentimpulse (111) des Verbrennungsmotors (110) und die Drehmomentimpulse (121) des Elektromotors (120) an den Antriebsstrang (100) angelegt werden und in denselben Richtungssinn gerichtet sind, und wobei mindestens ein Drehmomentimpuls (121), der von dem Elektromotor (120) generiert wird, chronologisch zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehmomentimpulsen (111) des Verbrennungsmotors (110) generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eingerichtet ist, ausgebildet zu sein, einen Generatormodus aufzuweisen, und einen Anschluss und ein jeweiliges Transistorsteuersystem aufweist, um einen Kondensator zu laden, und wobei der Elektromotor eingerichtet ist, mindestens einen Teil des Drehmomentimpulses zu verbrauchen, um zu speichernde Elektrizität zu generieren, und eingerichtet ist, diese Energie zu dem Antriebsstrang in Zyklen des einen oder mehrerer Zylinder zurückzuführen, wobei der Zylinder Energie verbraucht, anstatt dem Antriebsstrang Energie zuzuführen, wodurch der Einfluss eines kurzen, jedoch intensiven Drehmomentimpulses reduziert wird, der von dem Verbrennungsmotor generiert wird.
System nach Anspruch 1, wobei eine Form der Drehmomentimpulse (121), die von dem Elektromotor (120) generiert werden, einer Form der Drehmomentimpulse (111) entspricht, die von dem Verbrennungsmotor (110) generiert werden.
System nach Anspruch 1, wobei eine Form der Drehmomentimpulse (121), die von dem Elektromotor (120) generiert werden, einer Form der Drehmomentimpulse (111) entspricht, die von dem Verbrennungsmotor (110) generiert werden, erhöht durch ein Abstimmsignal.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Drehmomentimpulse (111, 121), die von dem Elektromotor (120) generiert werden und von dem Verbrennungsmotor (110) generiert werden, äquidistant verteilt sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Modulkupplung (130), wobei die Modulkupplung (130) zwischen dem Verbrennungsmotor (110) und dem Elektromotor (120) angeordnet ist.
System nach Anspruch 5, wobei die Modulkupplung (130) torsionssteif ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Torsionsoszillations-Reduktionsmittel (140), wobei das Torsionsoszillations-Reduktionsmittel (140) an einer Welle (102) des Antriebsstrangs (100) hinter dem Elektromotor (120) und dem Verbrennungsmotor (110) angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei das Torsionsoszillations-Reduktionsmittel (140) ein Zweimassen-Schwungrad ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (110) ein Kolbenmotor ist, und wobei der Kolbenmotor einen, zwei oder drei Zylinder aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (120) eingerichtet ist, ein Drehmoment zu generieren, um die Kompressionsphase in dem Zylinder in einem stationären Zustand des Verbrennungsmotors (110) vorzunehmen oder mindestens zu unterstützen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentimpulse (111), die von dem Verbrennungsmotor (110) generiert werden, zu dem Antriebsstrang (100) und dem Elektromotor (120) proportioniert sind, und wobei der Elektromotor (120) Elektrizität aus diesen Drehmomentimpulsen (111) generiert.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Serie von Drehmomentimpulsen (111) dieselbe Frequenz wie die zweite Serie von Drehmomentimpulsen (121) aufweist, so dass eine Anregungsfrequenz, die auf den Antriebsstrang (100) wirkt, einer Anregungsfrequenz entspricht, die von dem Verbrennungsmotor (110) mit mindestens der doppelten Anzahl von Zylindern wie der Verbrennungsmotor (110) des Hybridfahrzeugs (2) generiert wird.
Verfahren zur Reduktion von Torsionsschwingungen in einem Fahrzeugantriebsstrang (100), aufweisend die Schritte: – Identifizieren (S1) der Frequenz und/oder Form mindestens eines Drehmomentimpulses (111) des Verbrennungsmotors (110); – Betreiben (S2) des Elektromotors (120) in Impulsen (121), so dass mindestens ein Impuls (121) des Elektromotors (120) chronologisch zwischen zwei Drehmomentimpulsen (111) des Verbrennungsmotors (110) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (120) einen Kondensator über eine Verbindung des Elektromotors (120) und ein jeweiliges Transistorsteuersystem lädt und den Einfluss eines kurzen, jedoch intensiven Drehmomentimpulses reduziert, der von dem Verbrennungsmotor generiert wird, wobei der Elektromotor mindestens einen Teil dieses Drehmomentimpulses verbraucht, um Elektrizität zu generieren, die in dem Kondensator gespeichert wird, und wobei diese Energie dem Antriebsstrang in Zyklen des einen oder mehrerer Zylinder zugeführt wird, in denen der Zylinder Energie verbraucht, anstatt dem Antriebsstrang Energie zuzuführen, beispielsweise in Zyklen, in denen Frischluft in den Zylinder angesaugt wird, oder in denen die Verbrennungsgase aus dem Zylinder ausgestoßen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner aufweisend die Schritte: – Angleichen (S3) der Form des Drehmomentimpulses (111) des Verbrennungsmotors (110) an die Form des Drehmomentimpulses (121) des Elektromotors (120); und – Hinzufügen (S4) eines Abstimmsignals zu dem Drehmomentimpuls (121) des Elektromotors (120).
Fahrzeug (2), aufweisend ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 11.