DE102016117556B4 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems und Antriebssystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem mit dem Verbrennungsmotor (12) in Antriebswirkung stehenden, steuerbaren Zusatzaggregat in Form einer Elektromaschine (10), wobei der Verbrennungsmotor (12) jeweils mindestens einen ersten Brennraum (32) und einen zweiten Brennraum (32) ausbildet, die von in einem Zylindergehäuse (22) ausgebildeten Zylindern (26) und darin zyklisch bewegten Kolben (34) begrenzt werden und wobei in den Brennräumen (32) im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) thermodynamische Kreisprozesse durchführbar sind, wobei dabei ein Gaswechsel in den Brennräumen (32) mittels jeweils mindestens eines Einlassventils (38) und eines Auslassventils (40), die mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung betätigt werden, gesteuert wird und wobei- ein erster Betriebszustand vorgesehen ist, in dem sowohl in dem ersten Brennraum (32) als auch in dem zweiten Brennraum (32) die thermodynamischen Kreisprozesse durchgeführt werden und- ein zweiter Betriebszustand vorgesehen ist, in dem in dem ersten Brennraum (32) die thermodynamischen Kreisprozesse durchgeführt werden und in dem zweiten Brennraum (32) die thermodynamischen Kreisprozesse nicht durchgeführt werden, wobei für ein Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand der Öffnungshub (H) des dem zweiten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) über dem Verlauf mehrerer Zyklen der Kolbenbewegungen bis auf null reduziert wird,wobei während des Umschaltens, bei dem zumindest der Öffnungshub (H) des dem zweiten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) verändert wird, eine sich durch diese Veränderung des Öffnungshubs (H) ergebende Änderung des von dem Verbrennungsmotor (12) erzeugten Drehmoments mittels des Zusatzaggregats kompensiert wird, undwobei während des Umschaltens auch der Öffnungshub (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) verändert wird und die Veränderung des Öffnungshubs (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) ein Erreichen eines Maximalhubs (H) oder eines Nullhubs (H) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) einer der Elektromaschine (10) zugeordneten elektrischen Energiespeichereinrichtung (16) gewählt wird, ob die Veränderung des Öffnungshubs (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) ein Erreichen eines Maximalhubs (H) oder eines Nullhubs (H) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, das einerseits einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, der in einem Teilbetrieb betrieben werden kann, und andererseits ein Zusatzaggregat, insbesondere einen als Traktionsmotor genutzten Elektromotor, umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Antriebssystem.
  • Es sind mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschinen bekannt, die temporär in einem sogenannten Teilbetrieb betrieben werden können, bei dem einzelne der Brennräume deaktiviert sind, so dass in diesen keine thermodynamischen Kreisprozesse durchgeführt werden. Vielmehr werden die Kolben der deaktivierten Brennräume dann von den Kolben der weiterhin aktiven Brennräume mitgeschleppt. Dies erfolgt mit dem Ziel einer Wirkungsgraderhöhung für den Betrieb der Brennkraftmaschinen, weil eine Deaktivierung eines Teils der Brennräume bei im Wesentlichen gleichbleibender Antriebsleistung zu einem Betrieb der verbliebenen aktiven Brennräume mit deutlich höherer Last führt, was mit einem höheren spezifischen Wirkungsgrad der in diesen Brennräumen durchgeführten thermodynamischen Kreisprozesse einhergeht. Um die für die aktiven Brennräume erreichbare Wirkungsgradsteigerung nur möglichst wenig durch das Mitschleppen der Kolben der deaktivierten Brennräume zu verringern, ist in der Regel vorgesehen, die den deaktivierten Brennräume zugeordneten Gaswechselventile im Teilbetrieb geschlossen zu halten, wodurch das innerhalb dieser Brennräume angeordnete Gas zyklisch komprimiert und expandiert, jedoch nicht ausgestoßen wird. Eine Verlustleistung infolge einer Komprimierung von Gasen, die anschließend durch geöffnete Auslassventile ausgestoßen würden, kann auf diese Weise vermieden werden.
  • Ein geschlossen Halten der Gaswechselventile der deaktivierten Brennräume kann mittels einer Vorrichtung zur Veränderung des Öffnungshubs realisiert werden, die in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt sind und primär dafür entwickelt wurden, den Gaswechsel in den Brennräumen möglichst optimal und unter Verzicht auf eine Drosselklappe steuern zu können.
  • Beispielsweise wird von der Pierburg GmbH unter der Bezeichnung UniValve® ein auf Nockenwellen basierender Ventiltrieb angeboten, der einerseits eine vollvariable Änderung der Öffnungshübe der betätigten Gaswechselventile und andererseits einen Teilbetrieb eines damit ausgestatteten Verbrennungsmotors ermöglicht, indem die Öffnungshübe für die den zu deaktivierenden Brennräumen zugeordneten Gaswechselventile bis auf null reduziert werden. Das UniValve®-System basiert auf einer Reihenschaltung von zwei Kurvengetrieben. Dabei wirkt jeweils ein Zwischenhebel, der mittels einer herkömmlichen Nockenwelle in eine oszillierende Bewegung versetzt wird, über eine Arbeitskontur, die einen Grundkreisabschnitt und ein Erhebungsprofil umfasst, auf einen Rollenschlepphebel, durch den wiederum das zugeordnete Gaswechselventil betätigt wird. Die Orientierung des Zwischenhebels kann verändert werden, indem eine Steuerwelle, an der der Zwischenhebel abgestützt ist, verdreht wird, wodurch die Länge des überstrichenen Grundkreisabschnitts variiert wird und sich folglich eine stufenlose Veränderung des Öffnungshubs einstellt. Sofern mittels des UniValve®-Systems auch ein Teilbetrieb des dazugehörigen Verbrennungsmotors realisierbar ist, ist die Steuerwelle derart ausgebildet, dass diese bei einer Drehung innerhalb eines ersten Winkelbereichs eine Veränderung der Öffnungshübe aller zugeordneten Gaswechselventile zwischen einem maximalen und einem minimalen Öffnungshub bewirkt. Die Steuerwelle wird innerhalb dieses ersten Winkelbereichs in einem Vollbetrieb genutzt, d.h. verdreht, um die Öffnungshübe aller Gaswechselventile dem Betriebsverlauf des Verbrennungsmotors entsprechend anzupassen. Für einen Teilbetrieb wird die Steuerwelle dagegen in einen zweiten Winkelbereich verdreht. Bei einer Verdrehung innerhalb dieses Winkelbereichs werden infolge einer entsprechenden Ausgestaltung der Steuerwelle lediglich die Öffnungshübe der den weiterhin aktiven Brennräumen zugeordneten Gaswechselventile verändert, während für die Gaswechselventile der deaktivierten Brennräume konstant Nullhübe vorgesehen sind, d.h. diese werden unabhängig von der Stellung der Steuerwelle innerhalb des zweiten Winkelbereichs nicht betätigt.
  • Zur Erzielung eines möglichst großen Antriebskomforts für ein Kraftfahrzeug, das von einem in einem Teilbetrieb betreibbaren Verbrennungsmotor angetrieben wird, sollte ein Umschalten zwischen den Betriebsarten (Vollbetrieb und Teilbetrieb) möglichst momentenneutral und dadurch ohne Antriebsruckeln realisiert werden. Hierzu ist es erforderlich, die bei der Umschaltung abnehmende Last, mit der die zu deaktivierenden Zylinder betrieben werden, in möglichst optimal abgestimmter Weise durch eine zunehmende Last, mit der die weiterhin aktiv zu betreibenden Zylinder betrieben werden, zu kompensieren.
  • Dies stellt u.a. bei der Verwendung des UniValve®-Systems ein Problem dar, weil einerseits das Verdrehen von dem ersten in den zweiten Winkelbereich relativ lange dauert und andererseits dabei die Öffnungshübe aller zugeordneten Gaswechselventile prinzipbedingt zunächst bis zum Maximal- oder Minimalhub erhöht oder verringert werden. Ersteres führt zu einer kurzzeitigen aber relativ ausgeprägten Erhöhung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments, während letzteres zu einer kurzzeitigen vollständigen Unterbrechung einer Drehmomenterzeugung führt.
  • Eine bekannte Maßnahme zur Realisierung einer momentneutralen Umschaltung zwischen den Betriebsarten (Vollbetrieb und Teilbetrieb) eines Verbrennungsmotors liegt in einer Veränderung der Zündzeitpunkte, wodurch der Verbrennungsdruck in den Brennräumen und damit das von dem Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment beeinflusst werden können. Problematisch dabei ist, dass eine solche Veränderung der Zündzeitpunkte nahezu immer mit einer Verschlechterung des Wirkungsgrads und folglich mit einem relativ hohen Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors einhergeht.
  • Aus der DE 10 2011 086 344 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem zwei Zylinderbänke aufweisenden Verbrennungsmotor bekannt, bei dem für einen Teilbetrieb eine der Zylinderbänke deaktiviert werden kann. Dabei ist vorgesehen, die Zylinder der zu deaktivierenden Zylinderbank nacheinander zu deaktivieren, um ein möglichst momentenneutrales Umschalten von einem Vollbetrieb, bei dem beide Zylinderbänke in aktiviertem Zustand sind, zu dem Teilbetrieb zu erreichen.
  • Auch die DE 10 2012 017 275 A1 beschreibt eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, von denen einzelne im Rahmen eines Teilbetriebs deaktiviert werden können. Um eine möglichst momentenneutrale Umschaltung von einem Vollbetrieb auf einen Teilbetrieb zu realisieren ist vorgesehen, für die Umschaltung während einer über mehrere Takte ablaufenden Drosselung der zu deaktivierenden Zylinder einen schaltbaren, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Verdichter kurzzeitig zu aktivieren, um die Füllung der weiter aktiv zu betreibenden Zylinder zu erhöhen.
  • Weiterhin offenbart die DE 10 2005 001 047 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Elektromaschine und einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor, der in einem Teilbetrieb betreibbar ist. Da bei Verbrennungsmotoren mit relativ wenigen Zylindern ein Teilbetrieb infolge vergrößerter Zündfolgeabstände zu einer spürbaren Drehungleichförmigkeit führt, ist gemäß der DE 10 2005 001 047 A1 vorgesehen, die Drehungleichförmigkeit während des Teilbetriebs mittels der Elektromaschine zu kompensieren, beispielsweise indem diese zyklisch motorisch und generatorisch betrieben wird. Die DE 10 2005 001 047 A1 thematisiert zusätzlich eine Momentenanpassung bei der Zuschaltung eines zuvor abgeschalteten Brennraums und benennt hierzu eine Anpassung der Art der Kraftstoffeinspritzung ein/oder eine Zündwinkelverstellung als Maßnahmen.
  • Die DE 10 2009 037 195 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Elektromaschine und einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor, der in einem Teilbetrieb betreibbar ist. Dabei ist vorgesehen, vor einer Deaktivierung eines Teils der Brennräume das Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, zu reduzieren und diese Reduzierung durch eine erhöhte Drehmomentabgabe der Elektromaschine zu kompensieren, so dass weiterhin ein Gesamtsollmoment von der Antriebseinheit bereitgestellt wird. Während einer Deaktivierungsphase wird dann das von dem Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment durch eine Anpassung des Saugrohrdrucks bis auf einen Sollwert für den Teilbetrieb erhöht und gleichzeitig das von der Elektromaschine bereitgestellte Antriebsmoment derart angepasst, dass möglichst immer das Gesamtsollmoment erreicht wird.
  • Die US 7 225 782 B2 offenbart ein Hybridfahrzeug, dessen Verbrennungsmotor eine Zylinderabschaltung aufweist, die auch auf einer mechanischen Abschalteinrichtung für den Ventiltrieb der Gaswechselventile der zu deaktivierenden Zylinder basieren kann. Vorgesehen ist, das von dem elektrischen Traktionsmotor erzeugte oder absorbierte Drehmoment derart zu variieren, dass während eines Umschaltens zwischen Voll- und Teilbetrieb des Verbrennungsmotors das insgesamt von dem hybriden Antriebsstrang erzeugte Drehmoment möglichst konstant gehalten wird. Dadurch soll gegebenenfalls eine den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors negativ beeinflussende Spätverstellung des Zündwinkels vermieden werden können.
  • Die US 2011 / 0 137 504 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug, dessen Verbrennungsmotor eine Zylinderabschaltung aufweist, die auf einer mechanischen, variablen Ventilbetätigungseinrichtung beruht, wobei für die Einlassventile eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit der der Ventilhub bis hin zu einem Nullhub veränderbar ist, während für die Auslassventile die Öffnungszeiten mittels einer entsprechenden Stellvorrichtung veränderbar sind. Weiterhin ist offenbart, dass das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgebildet sein kann, wobei der elektrische Traktionsmotor derart angesteuert werden kann, dass sich ein möglichst drehmomentneutraler Übergang zwischen Voll- und Teilbetrieb des Verbrennungsmotors einstellt.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einem insbesondere hybriden Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug auf möglichst vorteilhafte Weise ein möglichst momentenneutrales Umschalten zwischen Vollbetrieb und Teilbetrieb zu realisieren.
  • Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignetes Antriebssystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 5. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebssystems sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Ottomotor, und einem mit dem Verbrennungsmotor in Antriebswirkung stehenden, steuerbaren Zusatzaggregat vorgesehen. Erfindungsgemäß ist weiterhin ein entsprechendes Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einem solchen Zusatzaggregat in Form einer Elektromaschine vorgesehen. Dabei wird unter einem „mit dem Verbrennungsmotor in Antriebswirkung stehenden, steuerbaren Zusatzaggregat“ ein Aggregat verstanden, das von dem Verbrennungsmotor antreibbar ist und/oder selbst der Erzeugung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug dient. Die Steuerbarkeit soll sich dabei auf die Last oder Leistung, mit der das Zusatzaggregat angetrieben oder betrieben wird, beziehen, wodurch sich bei einem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Zusatzaggregat eine Veränderbarkeit der Höhe des Widerstands- oder Zusatzmoments, das dieses für den Verbrennungsmotor darstellt oder auf diesen ausübt, ergibt.
  • Für die Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren und in einem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der jeweils mindestens einen ersten Brennraum und einen zweiten Brennraum ausbildet, die von in einem Zylindergehäuse ausgebildeten Zylindern und darin zyklisch auf und ab geführten Kolben begrenzt sind und in denen im Betrieb des Verbrennungsmotors thermodynamische Kreisprozesse durchführbar sind, wobei dabei ein Gaswechsel in den Brennräumen mittels jeweils mindestens eines Einlassventils und eines Auslassventils, die mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung, insbesondere direkt oder indirekt mittels mindestens einer Nockenwelle, betätigt werden, gesteuert wird. Vorzugsweise sind mindestens zwei erste Brennräume und zwei zweite Brennräume vorgesehen, so dass es sich bei dem Verbrennungsmotor insbesondere um einen vierzylindrigen Verbrennungsmotor handeln kann. Grundsätzlich ist eine Ausgestaltung des Verbrennungsmotors mit einer geraden Anzahl an Brennräumen bevorzugt, wobei dann zudem jeweils eine Hälfte der Brennräume als erste und die andere Hälfte als zweite (deaktivierbare) Brennräume ausgebildet sein können. Andererseits ist auch eine Ausgestaltung des Verbrennungsmotors mit einer ungeraden Anzahl an Brennräumen möglich, wobei dann bevorzugt die Anzahl an ersten und zweiten (deaktivierbaren) Brennräumen die Hälfte plus/minus eins beträgt.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren sowie für den Betrieb eines erfindungsgemäßen Antriebssystems ist ein erster Betriebszustand vorgesehen, in dem sowohl in dem (jedem) ersten Brennraum als auch in dem (jedem) zweiten Brennraum die thermodynamischen Kreisprozesse durchgeführt werden. Weiterhin ist ein zweiter Betriebszustand vorgesehen, in dem in dem (jedem) ersten Brennraum die thermodynamischen Kreisprozesse durchgeführt werden und in dem (jedem) zweiten Brennraum die thermodynamischen Kreisprozesse nicht durchgeführt werden. Der für die Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren und in einem erfindungsgemäßen Antriebssystem vorgesehene Verbrennungsmotor ist folglich sowohl in einem Vollbetrieb (erster Betriebszustand) als auch in einem Teilbetrieb (zweiter Betriebszustand) betreibbar.
  • Zur Erzielung eines Teilbetriebs ausgehend von einem Vollbetrieb, d.h. für ein Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand, ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass der Öffnungshub (d.h. der größte Ventilhub, den ein Gaswechselventil während eines Öffnungszyklus einnimmt) des (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Einlassventils und/oder der Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Auslassventils über dem Verlauf mehrerer Zyklen der Kolbenbewegungen (der Kolben insgesamt) bis auf null reduziert wird. Als „Zyklus“ einer Kolbenbewegung wird dabei eine Hin-und-her-Bewegung verstanden. Zur Erzielung eines Vollbetriebs ausgehend von einem Teilbetrieb, d.h. für ein Umschalten von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand, ist dagegen vorgesehen, dass der Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Einlassventils und/oder der Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Auslassventils über dem Verlauf mehrerer Zyklen der Kolbenbewegungen von null bis auf einen definierten Wert vergrößert wird. Der Verbrennungsmotor des erfindungsgemäßen Antriebssystems umfasst demnach zumindest für das (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordnete Einlassventil und/oder Auslassventil, sowie zusätzlich auch für das (jedes) dem (jedem) ersten Brennraum zugeordnete Einlassventil und/oder Auslassventil eine entsprechende Öffnungshubverstellvorrichtung.
  • Verfahrenstechnisch ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass während des Umschaltens, bei dem zumindest der Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Einlassventils und/oder Auslassventils verändert wird, eine sich durch diese Veränderung des Öffnungshubs ergebende Änderung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments mittels des Zusatzaggregats kompensiert wird, so dass sich insgesamt ein möglichst gleichbleibendes Gesamtdrehmoment für die Antriebsvorrichtung ergibt. Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst hierzu eine Steuerungsvorrichtung, die entsprechend ausgebildet und insbesondere programmiert ist und die mit den für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ansteuerbaren Komponenten des Antriebssystems in ansteuernder Wirkverbindung steht.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass als Zusatzaggregat ein als Traktionsmotor genutzter Elektromotor verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem handelt sich folglich um ein hybrides Antriebssystem beziehungsweise bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug um ein Hybridfahrzeug. In diesem Fall ist folglich erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine ungewollte temporäre Änderung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments infolge der Umschaltung von dem Vollbetrieb in den Teilbetrieb oder von dem Teilbetrieb in den Vollbetrieb mittels des elektrischen Traktionsmotors kompensiert wird, indem ein möglichst optimal angepasstes Gegenmoment zu dieser Änderung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments bereitgestellt wird, so dass sich insgesamt für das Antriebssystem ein möglichst konstantes Gesamtmoment während der Umschaltung ergibt. Ein elektrischer Traktionsmotor eignet sich für diese Maßnahme besonders vorteilhaft, weil ein solcher in der Regel ausreichend leistungsfähig ist, um die vorgesehene Kompensation des sich temporär ändernden Drehmoments, das von dem Verbrennungsmotor erzeugt wird, möglichst optimal zu kompensieren.
  • Grundsätzlich kann eine solche Kompensation jedoch auch durch andere mit dem Verbrennungsmotor in Antriebswirkung stehende, ansteuerbare Zusatzaggregate erreicht werden, sofern diese mindestens einen Elektromotor umfassen, weil bei Elektromotoren relativ schnell eine Anpassung der von diesen erzeugten (Antriebs- oder Widerstands-) Momente realisierbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Zusatzaggregat, das erfindungsgemäß zu Kompensation einer temporären Änderung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments eingesetzt wird, auch um einen Generator, insbesondere einen Starter-Generator, handeln. Letzterer ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser nicht nur von dem Verbrennungsmotor antreibbar ist, um elektrische Energie zu erzeugen, wobei dabei die Last und damit das von diesem erzeugte Widerstandsmoment steuerbar ist, sondern ein solcher kann auch motorisch verwendet werden und folglich ein Drehmoment auf eine Abtriebswelle des Verbrennungsmotors übertragen. Ein solcher Starter-Generator ist folglich dazu geeignet, ein von dem Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment mit einem selbst erzeugten Drehmoments zu überlagern.
  • Durch die vorgenannten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es ermöglicht, auch ohne eine Veränderung des Zündwinkels beziehungsweise des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors mit dem Ziel einer gewollten Reduzierung des Verbrennungsdrucks in den Brennräumen und damit des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments und der daraus folgenden Wirkungsgradreduzierung eine momentenneutrale Umschaltung zwischen den Betriebsarten (Vollbetrieb und Teilbetrieb) zu realisieren, so dass erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen ist, dass ein dem ersten Brennraum und/oder dem zweiten Brennraum zugeordneter Zündwinkel während der Umschaltung konstant gehalten oder so geändert wird, dass stets ein bestmöglicher Wirkungsgrad (optimal mögliche Schwerpunktlage) für den Betrieb des Verbrennungsmotors realisiert wird. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrads vermieden werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin vorgesehen sein, dass während des Umschaltens auch der Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) ersten Brennraum zugeordneten Einlassventils und/oder Auslassventils verändert wird. Dies dient dazu, die Last, mit der der oder die ersten Brennräume nach dem Umschalten betrieben werden, derart anzupassen, dass sich ein definiertes Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor bereitgestellt wird, einstellt. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Drehmoment möglichst exakt dem Drehmoment vor der Umschaltung entspricht.
  • Die Veränderung des Öffnungshubs des (jedes) dem (jedem) ersten Brennraum zugeordneten Einlassventils und/oder Auslassventils umfasst dabei ein Erreichen eines Maximalhubs (d.h. des größtmöglich einstellbaren Öffnungshubs) oder eines Nullhubs, wie dies grundsätzlich von dem vorbeschriebenen UniValve®-System bekannt ist. Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass in einer ersten Phase des Umschaltens, die bis zum Erreichen des Maximalhubs oder des Nullhubs für das (jedes) dem (jedem) ersten Brennraum zugeordnete Einlassventil und/oder Auslassventil andauert, der Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Einlassventils identisch zu dem Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) ersten Brennraum zugeordneten Einlassventils verändert wird und/oder der Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Auslassventil identisch zu dem Öffnungshub des (jedes) dem (jedem) ersten Brennraum zugeordneten Auslassventils verändert wird. Eine solche Veränderung der Öffnungshübe führt grundsätzlich zu einer relativ ausgeprägten temporären Änderung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments, die jedoch durch die erfindungsgemäß vorgesehene Kompensation während der Umschaltung mittels des Zusatzaggregats und insbesondere mittels eines elektrischen Traktionsmotors vorteilhaft ausgeglichen werden kann. Die konstruktiven funktionalen Vorteile, die eine solche Öffnungshubverstellvorrichtung (entsprechend dem UniValve®-System) bieten, können somit ohne relevante Nachteile zumindest hinsichtlich der Erzielung einer möglichst momentneutralen Umschaltung genutzt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem umfasst weiterhin eine dem Elektromotor zugeordnete elektrische Energiespeichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie, aus der die Elektromaschine mit elektrischer Energie versorgt werden kann oder in der von der Elektromaschine erzeugte elektrische Energie gespeichert werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem Ladezustand der elektrische Energiespeichereinrichtung gewählt wird, ob die Veränderung des Öffnungshubs des (jedes) dem (jedem) ersten Brennraum zugeordneten Einlassventils und/oder Auslassventils ein Erreichen eines Maximalhubs oder eines Nullhubs umfasst. Beispielsweise kann bei einer nicht oder nur teilweise geladenen elektrischen Energiespeichereinrichtung vorgesehen sein, dass bei der Umschaltung zwischen den Betriebsarten die Veränderung des Öffnungshubs des (jedes) zumindest dem (jedem) ersten Brennraum, gegebenenfalls auch das (jedes) zumindest dem (jedem) zweiten Brennraum zugeordneten Einlassventils und/oder Auslassventils ein Erreichen eines maximalen Öffnungshubs umfasst. Der Verbrennungsmotor liefert dann temporär bei gegebenenfalls optimalem Wirkungsgrad (weil auf eine Veränderung der Verbrennungsschwerpunktlage vorzugsweise verzichtet wird) ein deutlich erhöhtes Drehmoment, das von der Elektromaschine durch einen entsprechenden Generatorbetrieb kompensiert werden kann, wobei die dabei erzeugte elektrische Energie vorteilhaft in der elektrischen Energiespeichereinrichtung gespeichert werden kann. Ist die elektrische Energiespeichereinrichtung dagegen (weitgehend) vollständig geladen, kann vorgesehen sein, dass der oder die Öffnungshübe derart verändert werden, dass (jeweils) ein Erreichen eines Nullhubs umfasst ist. Die kompensierende Wirkung der Elektromaschine beruht dann auf der Erzeugung eines ergänzenden Drehmoments, d.h. diese wird motorisch betrieben, wobei die dafür erforderliche elektrische Energie der elektrische Energiespeichereinrichtung entnommen wird. Ein gegebenenfalls schädliches Überladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung kann durch diese Vorgehensweise verhindert werden.
  • Neben einem erfindungsgemäßen Antriebssystem umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebssystem, wobei das Antriebssystem zu Bereitstellung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist im Übrigen auch eine Steuerungsvorrichtung mit einem Speicher, wobei in dem Speicher ein Computerprogramm hinterlegt ist, bei dessen Ausführung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
  • Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, teilweise in vereinfachter Darstellung:
    • 1: ein erfindungsgemäße Antriebssystem in einer schematischen Darstellung;
    • 2: einen Verbrennungsmotor für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem gemäß der 1 in einer Aufsicht;
    • 3: den Verbrennungsmotor gemäß der 2 in einem Längsschnitt;
    • 4: eine Öffnungshubverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß den 2 und 3;
    • 5: in einem Diagramm den Verlauf der Öffnungshübe der unter Zwischenschaltung einer Öffnungshubverstellvorrichtung gemäß der 4 betätigten Einlassventile eines Verbrennungsmotors gemäß den 2 und 3; und
    • 6: in einem Schaubild zusammenfassend die Koordination der von dem Verbrennungsmotor und von einer Elektromaschine der Antriebseinheit gemäß der 1 zu erzeugenden Drehmomente mittels einer Steuerungsvorrichtung.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes, hybrides Antriebssystem für ein im Übrigen nicht dargestelltes Kraftfahrzeug (Hybridfahrzeug). Dieses umfasst eine als Traktionsmotor genutzte Elektromaschine 10 und einen Verbrennungsmotor 12. Eine Antriebsleistung, die von der Elektromaschine 10 und/oder von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugt wurde, wird direkt oder indirekt auf die Räder einer oder mehrerer angetriebener Achsen des Kraftfahrzeugs übertragen. Eine Koppelung der Elektromaschine 10 und des Verbrennungsmotors 12 (hinsichtlich der Antriebswirkung für das Kraftfahrzeug), die in der 1 schematisch anhand einer Welle 14 dargestellt ist, kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Elektromaschine 10 direkt oder unter Zwischenschaltung eines Getriebes auf eine Abtriebswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 12 wirkt. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass Antriebsleistung, die von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugt wird, auf die Räder einer ersten angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs übertragen wird, während Antriebsleistung, die von der Elektromaschine 10 erzeugt wird, auf die Räder einer zweiten angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs übertragen wird.
  • Die Elektromaschine 10 ist elektrisch leitend mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung 16, beispielsweise mit einer Batterie, verbunden, die die Elektromaschine 10 mit elektrischer Energie versorgt werden kann, sofern diese motorisch betrieben werden soll. Gleichzeitig besteht auch die Möglichkeit, die Elektromaschine 10 generatorisch zu betreiben, wodurch elektrische Energie erzeugt wird, die in der Energiespeichereinrichtung 16 speicherbar ist.
  • Sowohl die Elektromaschine 10 als auch der Verbrennungsmotor 12 sind mittels einer Steuerungsvorrichtung 18 (Motorsteuerung) ansteuerbar. Dabei erfolgt eine Ansteuerung insbesondere in Abhängigkeit von der Stellung eines Fahrpedals 20, das von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbar ist.
  • In den 2 und 3 ist schematisch ein Verbrennungsmotor 12 für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem, beispielsweise für ein Antriebssystem gemäß der 1, dargestellt. Der Verbrennungsmotor 12 kann insbesondere nach dem Otto-Prinzip betreibbar und dafür entsprechend ausgestaltet sein.
  • Der Verbrennungsmotor 12 bildet in einem Verbund aus Zylindergehäuse 22 und Zylinderkopf 24 mehrere (z.B. vier) Zylinder 26 aus. Die Zylinder 26 sind einlassseitig mit einem Saugrohr 28 eines Frischgasstrangs und auslassseitig mit einem Abgaskrümmer 30 eines Abgasstrangs des Verbrennungsmotors 12 gasführend verbunden. In bekannter Weise wird in Brennräumen 32, die von den Zylindern 26 zusammen mit darin geführten Kolben 34 sowie dem Zylinderkopf 24 begrenzt sind, Frischgas (im Wesentlichen Luft) mit Kraftstoff verbrannt. Der Kraftstoff kann dazu mittels Injektoren 36 direkt in die Brennräume 32 eingespritzt werden. Das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemisches entstehende Abgas wird über den Abgasstrang abgeführt.
  • Die Zufuhr des Frischgases in die Brennräume 32 und die Abfuhr des Abgases aus den Brennräumen 32 wird über vier Gaswechselventile, im vorliegenden Ausführungsbeispiel über zwei Einlassventile 38 und zwei Auslassventile 40 je Zylinder 26, gesteuert, die von einem in der 1 nicht, in der 2 nur teilweise und in der 3 in weiteren Details dargestellten Ventiltrieb des Verbrennungsmotors 12 betätigt werden.
  • Der Ventiltrieb umfasst gemäß der 3 eine Kurbelzapfen 42 ausbildende Kurbelwelle 44, wobei die Kurbelzapfen 42 mit den Kolben 34 über Pleuel 46 verbunden sind. Dadurch werden Linearbewegungen der Kolben 34 in eine Rotation der Kurbelwelle 44 übersetzt, wobei die Rotation der Kurbelwelle 44 wiederum einen periodischen Richtungswechsel der Linearbewegungen der Kolben 34 bewirkt. Die Rotation der Kurbelwelle 44 wird zudem über ein Steuergetriebe, beispielsweise ein Zahnriemengetriebe 48, auf zwei Nockenwellen 50 übertragen, von denen jede unter Zwischenschaltung jeweils einer in der 4 dargestellten Öffnungshubverstellvorrichtung 52 zwei Gaswechselventile 38, 40 je Brennraum 22 betätigt. Von den Nockenwellen 50 ist eine als Einlassnockenwelle ausgebildet, d.h. diese betätigt (indirekt) alle Einlassventile 38, während die andere als Auslassnockenwelle ausgebildet ist und folglich (indirekt) alle Auslassventile 40 betätigt.
  • Der Verbrennungsmotor umfasst weiterhin einen Abgasturbolader (vgl. 1). Dieser weist eine in den Abgasstrang integrierte Turbine 54 sowie einen in den Frischgasstrang integrierten Verdichter 56 auf. Ein von dem Abgasstrom rotierend angetriebenes Laufrad der Turbine 54 treibt über eine Welle 58 ein Laufrad des Verdichters 56 an. Die so bewirkte Rotation des Laufrads des Verdichters 56 verdichtet das durch diesen hindurch geführte Frischgas. Mittels eines Wastegates 60 kann eine Ladedruckbegrenzung erzielt werden, indem in einem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 mit hohen Drehzahlen und/oder Lasten ein Teil des Abgasstroms an der Turbine 54 vorbei geführt wird. Weiterhin ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 62, beispielsweise in Form eines Dreiwegekatalysators, in den Abgasstrang integriert.
  • Die Öffnungshubverstellvorrichtung 52 umfasst gemäß der 4 jeweils, d.h. für jedes zu betätigende Gaswechselventil 38, 40 (Einlass- 38 oder Auslassventil 40), einen Zwischenhebel 64, der mittels der dazugehörigen (rotierenden) Nockenwelle 50 in eine oszillierende Bewegung versetzt wird, wobei die Bewegung des Zwischenhebels 64 von einer Kulisse 66 auf einem Kreisbahnabschnitt geführt ist. Der Zwischenhebel 64 bildet eine Arbeitskontur aus, die einen Grundkreisabschnitt 68 und ein Erhebungsprofil 70 umfasst. Mittels dieser Arbeitskontur wirkt der Zwischenhebel 64 auf einen Rollenschlepphebel 72, durch den wiederum das zugeordnete Gaswechselventil 38, 40 betätigt wird.
  • Die Orientierung des Zwischenhebels 64 kann verändert werden, indem eine abschnittsweise exzentrisch ausgebildete Steuerwelle 74, an der der Zwischenhebel 64 abgestützt ist, verdreht wird, wodurch die Länge des im Rahmen der oszillierenden Bewegung mit dem Rollenschlepphebel 72 in Kontakt kommenden Abschnitts des Grundkreisabschnitts 68 variiert wird und sich folglich eine stufenlose Veränderung des Öffnungshubs des dazugehörigen Gaswechselventils 38, 40 in Abhängigkeit von der Drehstellung der Steuerwelle 74 einstellt.
  • Mittels der Öffnungshubverstellvorrichtung 52 ist auch ein Umschalten zwischen einem Voll- und einem Teilbetrieb des Verbrennungsmotors 12 möglich. Hierzu ist vorgesehen, dass durch eine Verdrehung der Steuerwelle 74 innerhalb eines ersten Winkelbereichs 76 die Öffnungshübe H aller einer Öffnungshubverstellvorrichtung 52 zugeordneten Gaswechselventile 38, 40 zwischen einem Maximalhub Hmax und einem minimalen Öffnungshub (Nullhub H0 ) verändert werden können, um im Vollbetrieb eine Leistungsregelung des Verbrennungsmotors 12 zu bewirken. Für einen Teilbetrieb wird die Steuerwelle 74 dagegen in einen zweiten Winkelbereich 78, der außerhalb des ersten Winkelbereich 76 liegt, verdreht. Die Steuerwelle 74 ist dabei derart ausgebildet, dass diese bei einer Verdrehung innerhalb dieses zweiten Winkelbereichs 78 lediglich die Öffnungshübe H der den weiterhin aktiven Brennräumen 32 zugeordneten Gaswechselventile 38, 40 verändert, während für die Gaswechselventile 38, 40 der deaktivierten Brennräume 32 stets Nullhübe H0 vorgesehen sind, d.h. diese werden unabhängig von der Drehausrichtung der Steuerwelle 74 innerhalb des zweiten Winkelbereichs 78 nicht betätigt.
  • Dies zeigt auch die 5, in der in einem Diagramm über einer vollen Umdrehung der Steuerwelle 74 (Horizontalachse) die Öffnungshübe H für sämtliche der von einer der Nockenwellen 50 betätigen Einlassventile 38 dargestellt sind. Dabei sind die Verläufe der Öffnungshübe H für die beiden äußeren Brennräume 32 des Verbrennungsmotors 12 gemäß der 2 und 3 mit durchgehender Linie und die Verläufe der Öffnungshübe H für die beiden inneren Brennräumen 32 mit gestrichelter Linie dargestellt.
  • Der in der 5 links dargestellte Abschnitt entspricht dem ersten Winkelbereich 76 für die Steuerwelle 74, in dem in einem Vollbetrieb des Verbrennungsmotors 12 die Öffnungshübe H der Einlassventile 38 sämtlicher Brennräume 32 betätigt werden, wobei die Öffnungshübe H dabei durch ein Verdrehen der Steuerwelle 74 innerhalb dieses ersten Winkelbereichs 76 zwischen einem Maximalhub Hmax und einem Nullhub H0 veränderbar sind. Der in der 5 rechts dargestellte Abschnitt entspricht dagegen dem zweiten Winkelbereich 78 für die Steuerwelle 74, in dem in einem Teilbetrieb des Verbrennungsmotors 12 nur die Öffnungshübe H der Einlassventile 38 der weiterhin aktiven (äußeren) Brennräume 32 betätigt werden, wobei auch in diesem zweiten Winkelbereich 78 durch eine Verdrehung der Steuerwelle 74 die Öffnungshübe H dieser Einlassventile 38 der aktiven Brennräume 32 zwischen einem Maximalhub Hmax und einem Nullhub H0 veränderbar sind. Gleichzeitig ist die Steuerwelle 74 derart ausgebildet, dass diejenigen Zwischenhebel 64, die den Einlassventilen 38 der deaktivierten Brennräume 32 zugeordnet sind, soweit (in der 4 nach links) verschoben angeordnet sind, dass trotz der oszillierenden Bewegung, in die diese Zwischenhebel 64 durch die Einwirkung der dazugehörigen Nockenwelle 50 versetzt werden, die Erhebungsprofile 70 dieser Zwischenhebel 64 nicht mit den dazugehörigen Rollenschlepphebeln 72 in Kontakt kommen, wodurch, unabhängig von der konkreten Winkelstellung α der Steuerwelle 74 innerhalb des zweiten Winkelbereichs 78, Nullhübe H0 für diese Einlassventile 38 realisiert werden. Zwischen dem ersten Winkelbereich 76 und dem zweiten Winkelbereich 78 gibt es einen dritten Winkelbereich 80, der einen Umschaltbereich darstellte, in dem die Abschnitte der Steuerwelle 50, die mit den Einlassventilen 38 der weiterhin aktiven Brennräume 32 zusammenwirken, konstant einen Maximalhub Hmax bewirken, während die Abschnitte der Steuerwelle 50, die mit den Einlassventilen 38 der zu deaktivierenden Brennräume 32 zusammenwirken, (in dem Diagramm von links kommend) eine Reduzierung der Öffnungshübe H hin zu Nullhüben H0 bewirken.
  • In der 5 sind schematisch zwei Möglichkeiten für ein Umschalten des Verbrennungsmotors 12 von einem Vollbetrieb zu einem Teilbetrieb dargestellt. Der in der 5 mit A gekennzeichnete Betriebspunkt stellt dabei einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 12 im Vollbetrieb dar, in dem dieser ein definiertes Drehmoment für den Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Infolge eines Betriebs des Kraftfahrzeugs mit relativ geringer und im Wesentlichen konstanter Fahrgeschwindigkeit soll von dem Vollbetrieb in den Teilbetrieb (Betriebspunkt B in der 5) umgeschaltet werden, um den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 12 zu erhöhen. Damit der Verbrennungsmotor 12 nach dem Umschalten weiterhin im Wesentlichen das gleiche Drehmoment bereitstellt, ist eine Erhöhung der Last, mit der die dann weiterhin aktiven Brennräume 32 betrieben werden, erforderlich. Hierfür wird einerseits der Druck im Saugrohr 28 mittels üblicher Maßnahmen der Ladedruckregelung des Abgasturboladers erhöht. Durch eine höhere Verdichtung des Frischgases kann dann mehr Frischgas in die Brennräume 32 eingebracht werden, so dass auch eine entsprechend erhöhte Menge an Kraftstoff umsetzbar ist. Um die erhöhte Menge an Frischgas in die Brennräume 32 einbringen zu können, ist gleichzeitig eine Betätigung der Einlassventile 38 der weiterhin aktiven Brennräume 32 mit größeren Öffnungshüben H erforderlich, was in der 5 aus der höheren Positionierung des Betriebspunkts B im Vergleich zu dem Betriebspunkt A ersichtlich ist. Um mittels der entsprechenden Öffnungshubverstellvorrichtung 52 einerseits die Deaktivierung der hierfür vorgesehenen Brennräume 32 durch Nullhübe H0 der diesen zugeordneten Gaswechselventile 38, 40 zu erreichen, müssen die Steuerwellen 74 (der einerseits den Einlassventilen 38 und andererseits den Auslassventilen 40 zugeordneten Öffnungshubverstellvorrichtungen 52) jeweils von einem dazugehörigen ersten Winkelbereich 76 in einen dazugehörigen zweiten Winkelbereich 78 verdreht werden, wobei dabei entweder gemäß den in der 5 mit dicker Strichstärke gezeichneten Pfeilen ausgehend von dem Betriebspunkt A die Öffnungshübe H sämtlicher Gaswechselventile 38, 40, in der 5 konkret der Einlassventile 38, zunächst bis zum Erreichen der Maximalhübe Hmax verstellt werden. Daraufhin wird der in der 5 mittig dargestellte Umschaltbereich 80 durchlaufen, in dem die Öffnungshübe H der weiterhin aktiv zu betreibenden Brennräume 32 im Wesentlichen maximal gehalten werden, während die Öffnungshübe H der zu deaktivierenden Brennräume 32 bis auf null reduziert werden. Erst danach können durch ein weitergehendes Verdrehen der Steuerwelle 74 innerhalb des zweiten Winkelbereichs 78 die Öffnungshübe H der den weiterhin aktiven Brennräumen 32 zugeordneten Gaswechsel- beziehungsweise Einlassventile 38 bis zu dem Öffnungshub H, der dem Betriebspunkt B entspricht, reduziert werden.
  • Alternativ besteht gemäß den in der 5 mit dünner Strichstärke gezeichneten Pfeilen auch die Möglichkeit, die Steuerwelle 74 von dem ersten Winkelbereich 76 in den zweiten Winkelbereich 78 zu verdrehen, indem die Öffnungshübe H für sämtliche Gaswechsel- bzw. Einlassventile 38 zunächst bis auf null reduziert werden und dann, in dem zweiten Winkelbereich 78, die Öffnungshübe H der den weiterhin aktiv zu betreibenden Brennräumen 32 zugeordneten Gaswechsel- beziehungsweise Einlassventile 38 bis auf den Öffnungshub H, der dem vorgesehenen Betriebspunkt B entspricht, erhöht werden. Infolge der konkreten Ausgestaltung der Steuerwelle 74 verbleibt es innerhalb des zweiten Winkelbereichs 78 bei einem Nullhub H0 für die den deaktivierten Brennräumen 32 zugeordneten Gaswechselventile 38, 40 beziehungsweise Einlassventile 38.
  • Aus der 5 ist weiterhin ersichtlich, dass beide beschriebenen Maßnahmen, die zu einem Umschalten von dem Vollbetrieb im Betriebspunkt A in den Teilbetrieb im Betriebspunkt B führen, mit einer erheblichen, temporären Änderung des von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugten Drehmoments verbunden sind. In dem ersten Fall (Weg über den Maximalhub Hmax für alle Einlassventile 38) wird temporär ein deutlich erhöhtes Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 12 bereitgestellt, als für die Betriebspunkte A und B eigentlich vorgesehen ist, während im zweiten Fall (Weg über den Nullhub H0 für alle Einlassventile 38) temporär ein deutlich verringertes Drehmoment erzeugt wird. Um diese Momentenänderungen zu kompensieren ist erfindungsgemäß vorgesehen, die aus der Umschaltung resultierende Änderung des von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugten Drehmoments mittels der Elektromaschine 10 zu kompensieren. Im ersten Fall wird die Elektromaschine 10 demnach generatorisch betrieben, um ein Widerstandsmoment zu erzeugen, dass so angepasst ist, dass es die temporäre Erhöhung des von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugten Drehmoments ausgleicht. Im zweiten Fall wird die Elektromaschine 10 dagegen motorisch genutzt, um die temporär deutlich verringerte Drehmomenterzeugung des Verbrennungsmotors 12 auszugleichen.
  • In der 6 ist zusammenfassend die Koordination der einerseits von dem Verbrennungsmotor 12 und andererseits von der Elektromaschine 10 zu erzeugenden Drehmomente mittels der Steuerungsvorrichtung 18 dargestellt. Die Steuerungsvorrichtung 18 umfasst ein Momentenkoordinationsmodul 82, von dem einerseits einem Ansteuerungsmodul 84 ein Sollwert für das von dem Verbrennungsmotor 12 zu erzeugende Drehmoment (MSoll_VKM ) übermittelt wird und andererseits der Elektromaschine 10 ein Sollwert für das von dieser zu erzeugende Drehmoment (MSoll_EM ) übermittelt wird. Das Ansteuerungsmodul 84 steuert zumindest die den Einlassventilen 38 zugeordnete Öffnungshubverstellvorrichtung 52 und konkret einen Elektromotor, mittels dessen die dazugehörige Steuerwelle 74 verdreht werden kann, anhand eines aus dem Sollwert für das von dem Verbrennungsmotor 12 zu erzeugende Drehmoment (MSoll_VKM ) abgeleiteten Sollwert für den Hub der Einlassventile (HSoll_EV ) an. Dieser Sollwert für den Hub der Einlassventile (HSoll_EV ) wird weiterhin von einem Momentenberechnungsmodul 86 der Steuerungsvorrichtung 18 in einen Istwert für das von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugte Drehmoment (MIst_VKM ) umgerechnet.
  • Ergibt sich infolge der Umschaltung temporär eine Differenz zwischen dem Istwert (MIst_VKM ) und dem Sollwert (MSoll_VKM ) für das von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugte beziehungsweise zu erzeugenden Drehmoment, wird der von dem Momentenkoordinationsmodul 82 an die Elektromaschine 10 zu übertragende Sollwert für das von der Elektromaschine 10 zu erzeugende Drehmoment (MSoll_EM ) entsprechend angepasst, um das gesamte Drehmoment, das von der Antriebseinheit zur Erzeugung einer Fahrantriebsleistung bereitgestellt wird, möglichst konstant zu halten.
  • Von der Elektromaschine 10 wird dem Momentenkoordinationsmodul 82 auch ein Wert (SOC) über den Ladezustand der dieser zugeordneten elektrischen Energiespeichervorrichtung 16 übermittelt. Anhand dieses Werts (SOC) entscheidet das Momentenkoordinationsmodul 82, ob eine Umschaltung von dem Vollbetrieb in den Teilbetrieb des Verbrennungsmotors 12 durch ein Verdrehen der Steuerwelle 74 durchgeführt wird, das zunächst zu einem Maximalhub Hmax oder zu einem Nullhub H0 für alle Einlassventile 38 führt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Elektromaschine
    12
    Verbrennungsmotor
    14
    Welle
    16
    elektrische Energiespeichereinrichtung
    18
    Steuerungsvorrichtung
    20
    Fahrpedal
    22
    Zylindergehäuse
    24
    Zylinderkopf
    26
    Zylinder
    28
    Saugrohr
    30
    Abgaskrümmer
    32
    Brennraum
    34
    Kolben
    36
    Injektor
    38
    Gaswechselventil / Einlassventil
    40
    Gaswechselventil / Auslassventil
    42
    Kurbelzapfen
    44
    Kurbelwelle
    46
    Pleuel
    48
    Zahnriemengetriebe
    50
    Nockenwelle
    52
    Öffnungshubverstellvorrichtung
    54
    Turbine
    56
    Verdichter
    58
    Welle
    60
    Wastegate
    62
    Abgasnachbehandlungsvorrichtung
    64
    Zwischenhebel
    66
    Kulisse
    68
    Grundkreisabschnitt der Arbeitskontur des Zwischenhebels
    70
    Erhebungsprofil der Arbeitskontur des Zwischenhebels
    72
    Rollenschlepphebel
    74
    Steuerwelle
    76
    erster Winkelbereich für die Steuerwelle
    78
    zweiter Winkelbereich für die Steuerwelle
    80
    dritter Winkelbereich / Umschaltbereich für die Steuerwelle
    82
    Momentenkoordinationsmodul
    84
    Ansteuerungsmodul
    86
    Momentenberechnungsmodul
    H
    Öffnungshub eines Gaswechselventils
    Hmax
    Maximalhub eines Gaswechselventils
    H0
    Nullhub eines Gaswechselventils
    A
    Betriebspunkt im Vollbetrieb
    B
    Betriebspunkt im Teilbetrieb
    α
    Winkelstellung der Steuerwelle
    MSoll_VKM
    Sollwert für das von dem Verbrennungsmotor zu erzeugende Drehmoment
    MSoll_EM
    Sollwert für das von der Elektromaschine zu erzeugende Drehmoment
    HSoll_EV
    Sollwert für den Hub der Einlassventile
    MIst_VKM
    Istwert für das von dem Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment
    SOC
    Ladezustand der elektrischen Energiespeichervorrichtung

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem mit dem Verbrennungsmotor (12) in Antriebswirkung stehenden, steuerbaren Zusatzaggregat in Form einer Elektromaschine (10), wobei der Verbrennungsmotor (12) jeweils mindestens einen ersten Brennraum (32) und einen zweiten Brennraum (32) ausbildet, die von in einem Zylindergehäuse (22) ausgebildeten Zylindern (26) und darin zyklisch bewegten Kolben (34) begrenzt werden und wobei in den Brennräumen (32) im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) thermodynamische Kreisprozesse durchführbar sind, wobei dabei ein Gaswechsel in den Brennräumen (32) mittels jeweils mindestens eines Einlassventils (38) und eines Auslassventils (40), die mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung betätigt werden, gesteuert wird und wobei - ein erster Betriebszustand vorgesehen ist, in dem sowohl in dem ersten Brennraum (32) als auch in dem zweiten Brennraum (32) die thermodynamischen Kreisprozesse durchgeführt werden und - ein zweiter Betriebszustand vorgesehen ist, in dem in dem ersten Brennraum (32) die thermodynamischen Kreisprozesse durchgeführt werden und in dem zweiten Brennraum (32) die thermodynamischen Kreisprozesse nicht durchgeführt werden, wobei für ein Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand der Öffnungshub (H) des dem zweiten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) über dem Verlauf mehrerer Zyklen der Kolbenbewegungen bis auf null reduziert wird, wobei während des Umschaltens, bei dem zumindest der Öffnungshub (H) des dem zweiten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) verändert wird, eine sich durch diese Veränderung des Öffnungshubs (H) ergebende Änderung des von dem Verbrennungsmotor (12) erzeugten Drehmoments mittels des Zusatzaggregats kompensiert wird, und wobei während des Umschaltens auch der Öffnungshub (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) verändert wird und die Veränderung des Öffnungshubs (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) ein Erreichen eines Maximalhubs (Hmax) oder eines Nullhubs (H0) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) einer der Elektromaschine (10) zugeordneten elektrischen Energiespeichereinrichtung (16) gewählt wird, ob die Veränderung des Öffnungshubs (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) und/oder Auslassventils (40) ein Erreichen eines Maximalhubs (Hmax) oder eines Nullhubs (H0) umfasst.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Zusatzaggregat verwendete Elektromaschine (10) als Traktionsmotor genutzt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem ersten Brennraum (32) zugeordneter Zündwinkel und/oder ein dem zweiten Brennraum (32) zugeordneter Zündwinkel während der Umschaltung konstant gehalten oder so geändert wird, dass stets ein bestmöglicher Wirkungsgrad realisiert wird.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase des Umschaltens, die bis zum Erreichen des Maximalhubs (Hmax) oder des Nullhubs (H0) für das dem ersten Brennraum (32) zugeordnete Einlassventil (38) und/oder Auslassventil (40) andauert, der Öffnungshub (H) des dem zweiten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) identisch zu dem Öffnungshub (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Einlassventils (38) verändert wird und/oder der Öffnungshub (H) des dem zweiten Brennraum (32) zugeordneten Auslassventil (40) identisch zu dem Öffnungshub (H) des dem ersten Brennraum (32) zugeordneten Auslassventils (40) verändert wird.
  5. Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem mit dem Verbrennungsmotor (10) in Antriebswirkung stehenden, steuerbaren Zusatzaggregat in Form einer Elektromaschine (10), wobei der Verbrennungsmotor (12) jeweils mindestens einen ersten Brennraum (32) und einen zweiten Brennraum (32) ausbildet, wobei die Brennräume (32) von in einem Zylindergehäuse (22) ausgebildeten Zylindern (26) und darin zyklisch bewegten Kolben (34) begrenzt werden und wobei in den Brennräumen (32) im Betrieb des Verbrennungsmotor (12) thermodynamische Kreisprozesse durchführbar sind, wobei ein Gaswechsel in den Brennräumen (32) mittels jeweils mindestens eines Einlassventils (38) und eines Auslassventils (40), die mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung betätigbar sind, steuerbar ist und zumindest für das dem zweiten Brennraum (32) zugeordnete Einlassventil (38) und/oder Auslassventil (40) eine Öffnungshubverstellvorrichtung (52) vorgesehen ist, und wobei auch für das dem ersten Brennraum (32) zugeordnete Einlassventil (38) und/oder Auslassventil (40) eine Öffnungshubverstellvorrichtung (52) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Steuerungsvorrichtung (18), die derart ausgebildet ist, dass diese ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausführen kann.
  6. Antriebssystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (10) als elektrischer Traktionsmotor nutzbar ist.
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