-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridkraftfahrzeuges mit einem Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor sowie eine Antriebsbatterie für den Elektromotor aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridkraftfahrzeug.
-
Aus der
US 2016/0082949 A1 ist ein Hybridkraftfahrzeug mit einem Dieselmotor und einem Elektromotor bekannt.
-
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zum Betreiben eines Hybridkraftfahrzeuges einen Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor sowie eine Antriebsbatterie für den Elektromotor aufweist, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsmoment erzeugt, wobei,
- a) falls eine Abgastemperatur des Verbrennungsmotors kleiner ist als eine Grenztemperatur oder
falls ein Ladungszustand der Antriebsbatterie kleiner ist als ein Grenzladungszustand,
ein Motormoment des Verbrennungsmotors erzeugt wird, welches größer ist als das Antriebsmoment, und dem Elektromotor die Differenz zwischen dem Antriebsmoment und dem Motormoment des Verbrennungsmotors zugeführt wird,
- b) falls eine Leistungsanforderung kleiner ist als eine Grenzleistungsanforderung, das Motormoment des Verbrennungsmotors auf null gesetzt wird,
- c) falls ein Fahrerwunschmoment größer ist als ein Volllastmoment und/oder ein Maximalmoment des Verbrennungsmotors und die Leistungsanforderung kleiner ist als eine Maximalleistung oder
falls die Differenz zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem Antriebsmoment größer ist als ein Grenzwunschmoment,
das Motormoment des Verbrennungsmotors und das Motormoment des Elektromotors größer null eingestellt werden, und
- d) falls die Bedingungen zu a) bis c) nicht erfüllt sind, das Motormoment des Elektromotors auf null gesetzt wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht Emissionen im Allgemeinen und Stickoxidemissionen sowie Ruß im Speziellen zu verringern und die Effizienz, also den Wirkungsgrad, des Hybridkraftfahrzeuges zu steigern.
-
Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, wenn als Verbrennungsmotor ein Dieselmotor verwendet wird, obgleich unter Verbrennungsmotor nicht nur eine mittels Dieselkraftstoff betriebene, sondern auch mittels Benzin oder Gas betriebene Hubkolbenkraftmaschine verstanden wird. Die Verwendung von Dieselmotoren ist vorteilhaft, da diese ein flaches Verbrauchskennfeld aufweisen und der Betrieb dessen nicht in dem Maße auf sehr kleine Betriebsbereiche eingeschränkt werden muss, wie bei Benzinmotoren.
-
Unter Drehmoment oder Motormoment wird ein effektives Moment verstanden, also jenes Moment, welches von dem Verbrennungsmotor oder dem Elektromotor abgegeben und in den Antriebsstrang eingeleitet wird.
-
Als Antriebsbatterie wird hierbei nicht nur ein chemischer Speicher oder Akkumulator verstanden, es kann sich hierbei auch um einen Kondensator oder jegliche andere Einrichtung handeln, die dazu geeignet ist elektrische Energie zu speichern.
-
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird ferner auch durch ein Hybridkraftfahrzeug mit einem Steuergerät und mit einem Antriebsstrang gelöst, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor sowie eine Antriebsbatterie für den Elektromotor aufweist, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsmoment erzeugt, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 ein Hybridkraftfahrzeug,
-
2 ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren und
-
3 ein Drehmomentkennfeld eines Dieselmotors.
-
Die 1 zeigt ein Hybridkraftfahrzeug 100 mit einem Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor 105 sowie eine Antriebsbatterie 106 für den Elektromotor 105 aufweist und wobei der Antriebsstrang ein Antriebsmoment erzeugt. Der Verbrennungsmotor ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Dieselmotor 101.
-
Gesteuert werden der Dieselmotor 101 und der Elektromotor 105 von einem Steuergerät 102.
-
Der Dieselmotor 101 bezieht Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung 104 aus einem Kraftstofftank 103. Der Elektromotor 105, der im Gegensatz zum Dieselmotor 101 nicht nur elektrische Energie in mechanische Energie sondern auch mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln kann, ist über eine Anschlussleitung 107 an eine Antriebsbatterie 106 angeschlossen. Etwaige Umrichter oder Umwandlungselektronik werden hierbei nicht explizit erläutert. Ein Getriebe kann nicht nur zwischen einem Abtrieb und den beiden Motoren, sondern auch zwischen den beiden Motoren angeordnet sein.
-
Die 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eins erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Hybridkraftfahrzeuges. Das Verfahren umfasst die Schritte
- a) falls eine Abgastemperatur des Dieselmotors 101 kleiner ist als eine Grenztemperatur oder
falls ein Ladungszustand der Antriebsbatterie kleiner ist als ein Grenzladungszustand,
ein Motormoment des Dieselmotors 101 erzeugt wird, welches größer ist als das Antriebsmoment, und dem Elektromotor 105 die Differenz zwischen dem Antriebsmoment und dem Motormoment des Dieselmotors 101 zugeführt wird,
- b) falls eine Leistungsanforderung kleiner ist als eine Grenzleistungsanforderung, das Motormoment des Dieselmotors 101 auf null gesetzt wird,
- c) falls ein Fahrerwunschmoment größer ist als ein Volllastmoment und/oder ein Maximalmoment des Dieselmotors 105 oder
falls die Differenz zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem Antriebsmoment größer ist als ein Grenzwunschmoment,
das Motormoment des Dieselmotors 101 und das Motormoment des Elektromotors 105 größer Null eingestellt werden, und
- d) falls die Bedingungen zu a) bis c) nicht erfüllt sind, das Motormoment des Elektromotors 105 auf null gesetzt wird.
-
Vorgesehen sind hierbei zumindest vier Betriebsmodi: Ein Ladebetrieb 221, Elektrikbetrieb 222, Boostbetrieb 223 und Normalbetrieb 224.
-
Im Ladebetrieb 221 erzeugt der Dieselmotor 101 mehr Drehmoment erzeugt, als zum Vortrieb notwendig ist. Die Differenz zwischen dem Motormoment des Dieselmotors 101 und dem zum Vortrieb des Hybridkraftfahrzeuges erforderlichen Drehmoment, also dem Antriebsmoment, wird vom Elektromotor 105 aufgenommen, in elektrische Energie gewandelt und in der Antriebsbatterie 106 gespeichert. Die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt ist jeweils verlustbehaftet und das überschüssige Moment bzw. die überschüssige Leistung können nicht zu 100% gespeichert werden.
-
Der Ladebetrieb 221 wird eingeleitet, wenn eine von zwei Abfragen positiv ausfällt. Zum einen wird in einer Temperaturprüfung 210 abgefragt, ob eine Abgastemperatur des Dieselmotors 101 kleiner ist als eine Grenztemperatur. Die Temperaturprüfung 210 ist für eine im Abgasstrang des Dieselmotors 101 vorhandene Abgasnachbehandlung von Bedeutung, da ein Umwandlungswirkungsgrad für Emissionen, wie etwa Stickoxidemissionen, von der Abgastemperatur abhängt. Ist nun die Abgastemperatur unterhalb einer Temperatur mit einem definierten Umwandlungswirkungsgrad, der Grenztemperatur, wird das Motormoment des Dieselmotors 101 mittels der im Steuergerät 102 implementierten Steuerung angehoben. Hierdurch steigt auch die Leistung des Dieselmotor 101. Die gesteigerte Leistung hat zur Folge, dass die Abgastemperatur angehoben wird. Die Anhebung der Abgastemperatur hat folglich den Vorteil, dass der Umwandlungswirkungsgrad der Abgasnachbehandlung steigt und Emissionen verringert werden.
-
Da jedoch das Hybridkraftfahrzeug 100 seinen Fahrzustand bei Eintritt in den Ladebetrieb 221 nicht ändern soll, ist es notwendig die überschüssige Motorleistung anderweitig abzuführen. Dies erfolgt durch Laden der Antriebsbatterie 106 mittels des Elektromotors 105.
-
Zum anderen wird in den Ladebetrieb 221 eingetreten, wenn die Ladungsprüfung 211 positiv ist. In der Ladungsprüfung 211 wird abgefragt, ob ein Ladungszustand der Antriebsbatterie kleiner ist als ein Grenzladungszustand. Da es sich bei dem Hybridkraftfahrzeug 100 um ein Fahrzeug mit zwei alternativ oder kumulativ verwendbaren Antrieben handelt, wird die Betriebsbereitschaft des Elektromotors 105 sichergestellt indem die Antriebsbatterie stets eine ausreichend hohe elektrische Ladung aufweist. Die definierte Minimalladung der Antriebsbatterie 106, ab welcher in den Ladebetrieb 221 gewechselt wird, entspricht dem Grenzladungszustand.
-
Erfolgen sowohl die Temperaturprüfung 210 als auch die Ladungsprüfung 211 negative, erfolgt die Leistungsprüfung 212. Fällt diese positiv aus, wird in den Elektrikbetrieb 222 eingetreten. Im Elektrikbetrieb 222 wird das Motormoment des Dieselmotors 101 zu null gesetzt. Dies geschieht üblicherweise durch stoppen des Dieselmotors 101, kann aber auch durch auskuppeln dessen erfolgen, wodurch der Dieselmotor 101 vom Antriebsstrang getrennt wird. Der Vortrieb erfolgt im Elektrikbetrieb 222 ausschließlich über den Elektromotor 105. Somit entspricht das Antriebsmoment im Elektrikbetrieb 222 dem Motormoment des Elektromotors. Mit Antriebsmoment ist das in den Antriebsstrang eingeleitete Drehmoment gemeint, sollte allerdings ein Getriebe vorgesehen sein, welches Drehmomente wandelt, ist es sofort ersichtlich, dass die Motorleistung des Elektromotors der Antriebsleistung entspricht.
-
Der Elektrikbetrieb 222 wird ausgeführt, wenn der Dieselmotor 101 mit sehr geringen Drehmomenten betrieben wird. Auf Grund der Wirkungsgradverschlechterung, die bei Verbrennungsmotoren im Allgemeinen zu geringen Drehmomenten hin auftritt, ist es effizienter für den Betrieb des Hybridkraftfahrzeuges, wenn der Dieselmotor 101 gestoppt und ein rein elektrischer Fahrbetrieb umgesetzt wird.
-
Zum Eintritt in den dritten der vier Betriebsbereiche, dem Boostbetrieb 223, ist eine positive Drehmomentprüfung 213 oder alternativ eine Transientenprüfung 214 erforderlich. In der Drehmomentprüfung 213 wird bestimmt, ob ein Fahrerwunschmoment größer ist als ein Volllastmoment und/oder ein Maximalmoment des Verbrennungsmotors. Das Fahrerwunschmoment wird in der Steuerung auf Basis einer Fahrpedalstellung bestimmt. Hierbei können auch Fahrerwunschmomente ermittelt werden, die größer sind als das maximal mögliche Motormoment des Dieselmotors 101, dem Volllastmoment, oder einem per Kalibrierung definierten maximalen Motormoment, dem Maximalmoment. Ist nun das Fahrerwunschmoment größer als das Volllastmoment wird der Elektromotor 105 derart angesteuert, dass er ein positives Motormoment abgibt, welches zusammen mit dem Motormoment des Dieselmotors 101 in den Antriebsstrang eingeleitet wird. Insofern entspricht das Antriebsmoment der Summe aus den beiden Motormomenten. Der Eintritt in den Boostbetrieb 223, in welchem eine Unterstützung des Dieselmotors 101 durch den Elektromotor 105 erfolgt hat nicht nur den Vorteil, dass ein hohes Beschleunigungsvermögen erzielt werden kann, sondern auch, dass Bereiche hoher Lasten im Dieselmotor 101 vermieden werden können. Die oberen Kennfeldbereiche eines Dieselmotors 101, also die Bereiche hoher Drehmomente zeichnen sich im Allgemeinen dadurch aus, dass auf Grund einer sehr heißen Verbrennung besonders viel Stickoxid gebildet wird. Die Vermeidung von hohen Motormomenten vermeidet folglich auch hohe Emissionen von Stickoxiden.
-
Kumulativ kann in der Drehmomentprüfung 213 abgefragt werden, ob die Leistungsanforderung auf Basis des Fahrerwunschmomentes kleiner ist als eine Maximalleistung. Diese zusätzliche Abfrage in der Drehmomentprüfung 213 soll sicherstellen, dass ab Erreichen der maximalen Motorleistung des Dieselmotors 101 keine zusätzliche Unterstützung durch den Elektromotor 105 erfolgt.
-
Alternativ hierzu kann in der Drehmomentprüfung 213 abgefragt werden, ob die Leistungsanforderung auf Basis des Fahrerwunschmomentes kleiner ist als eine Maximalleistung des Elektromotors. Dadurch kann der Elektromotor vor einer Überlastung geschützt werden.
-
Der Boostbetrieb 223 wird alternativ auch über die Transientenprüfung 214 eingeleitet. Da hohe Emissionen, wie Rußemissionen oder etwa Stickoxidemissionen, nicht nur bei hohen Drehmomenten sondern auch bei hohen Drehmomentgradienten auftreten können, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Dieselmotor 101 im dynamischen Betrieb Unterstützung durch den Elektromotor 105 erfährt. Die Transientenprüfung 214 fragt folglich ab, ob die Differenz zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem Antriebsmoment größer ist als ein Grenzwunschmoment. Das Grenzwunschmoment, welches einer Drehmomentschwelle für Drehmomentdifferenzen entspricht, ist in der Steuerung kalibrierbar. Ist nun der Drehmomentsprung über der Drehmomentschwelle, wird der Boostbetrieb 223 ausgelöst. Dies bietet den Vorteil Emissionen zu verringern und den Fahrkomfort zu erhöhen, da eine höhere Antriebsleistung zum Beschleunigen zur Verfügung gestellt wird. Somit kann der mögliche Drehmomentaufbau bzw. der Drehmomentgradient am Dieselmotor 101 begrenzt werden, da der Elektromotor 105 unterstützend eingreift.
-
Erfolgen alle zuvor durchlaufenen Prüfungen negativ, wird in den Normalbetrieb 224 eingetreten, in welchem der Dieselmotor 101 als konventioneller Fahrzeugantrieb verwendet wird. Da der Elektromotor 105 nicht hinzugeschaltet wird und folglich kein Drehmoment an den Antriebsstrang abgibt, entspricht das Motormoment des Dieselmotors 101 dem Antriebsmoment.
-
Alle vier Betriebsbereiche werden während des Betriebs des Hybridkraftfahrzeuges 100 permanent durchlaufen, wodurch sich eine ständige Abfrage aller Prüfungen ergibt. Wird das Hybridkraftfahrzeug 100 in Betrieb genommen, kann in einem beliebigen Betriebsbereich begonnen werden.
-
Anhand 3 werden die Kennfeldbereiche eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dieselmotors 101 erläutert, die gemäß dem zuvor beschriebenen Flussdiagramm erzwungen oder vermieden werden. Die wesentliche Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt dazu, dass der Dieselmotor 101 in seinem Kennfeld auf zwei Bereiche beschränkt wird, einem Normalbereich 301 und einem Leistungsbereich 302. Der Betrieb im Normalbereich 301 und im Leistungsbereich 302 erlaubt sowohl ein Zuschalten des Elektromotors, wie beispielsweise im Ladebetrieb 221 oder Boostbetrieb 223 vorgesehen, als auch die Verwendung des Dieselmotors 101 als alleinigen Drehmomenterzeuger, wie beispielsweise im Normalbetrieb 224 vorgesehen.
-
Der Normalbereich 301 ist der Bereich, in dem ein akzeptabler Kraftstoffverbrauch erreicht wird. Dieser Bereich ist typischerweise bei Dieselmotoren breiter ausgeführt als bei Benzinmotoren, da der spezifische Verbrauch weniger langsam ansteigt sobald man sich vom Verbrauchsbestpunkt entfernt. Insbesondere weist der Normalbereich 301 zwei vorteilhafte Betriebskurven auf. Ein Verbrauchsmoment 311 stellt hierbei das Drehmoment im Normalbereich 301 dar, für welches in Abhängigkeit von der Motordrehzahl ein minimaler Kraftstoffverbrauch und Kohlenstoffdioxidausstoff vorliegt. Durch das flache Verbrauchskennfeld bei einem Dieselmotor bietet der Betrieb im gesamten Normalbereich 301 bereits einen hohen Wirkungsgrad, so dass nicht notwendigerweise ein Motormoment entlang des Verbrauchsmomentes 311 eingestellt werden muss.
-
Das Verbrauchsmoment 311, welches auch als Ortskurve des minimalen Verbrauches ausgestaltet sein kann, hat die Eigenschaft (nicht dargestellte) Isolinien des spezifischen Kraftstoffverbrauches orthogonal zu schneiden. Das Verbrauchsmoment 311 kann aber auch frei definiert sein. Auch kann statt des Verbrauchsmomentes 311 ein Verbrauchsband oder eine Verbrauchsfläche definiert werden, welches einer Fläche, und nicht einer Linie, im Verbrauchskennfeld entspricht. Werden keine weiteren Bedingungen an einen minimalen Verbrauch gestellt, so kann auch der gesamte Normalbereich 301 als Verbrauchsfläche definiert sein. Ein zusätzliches Motormoment zur Vermeidung des Hochlastbereiches 304 und des Übergangsbereiches 303 wird in diesem Fall nur in dem Maße erzeugt wird, dass der Dieselmotor 101 im Normalbereich 301 arbeitet.
-
Befindet sich nun ein Betriebspunkt des Dieselmotors 101 unterhalb des Verbrauchsmomentes 311, ist es, falls Ladebetrieb 221 vorliegt, besonders vorteilhaft, wenn das Motormoment des Dieselmotors 101 gerade soweit angehoben wird, dass der neu eingestellte Betriebspunkt auf dem Verbrauchsmoment 311 liegt. Um einen vorteilhaft hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es bei dem Dieselmotor 101, im Gegensatz zu einem Benzinmotor, bereits ausreichend im Normalbereich 301 einen Betrieb in der Nähe des Verbrauchsmomentes 311 einzustellen. Dieser Vorteil ergibt sich durch das flache Verbrauchskennfeld bei dem Dieselmotor 101, wie bereits erläutert.
-
Ebenso verhält es sich, wenn das aktuelle Motormoment des Dieselmotors oberhalb oder auf dem Verbrauchsmoment 311 liegt und in den Boostbetrieb gewechselt wird. Der Elektromotor 105 wird dann gerade so stark mit Motormoment beaufschlagt, dass das Antriebsmoment dem Fahrerwunschmoment entspricht und das Motormoment des Dieselmotors dem Verbrauchsmoment 311 entspricht.
-
Insofern werden Betriebspunkte des Dieselmotors 101 derart eingestellt, dass definierte Kennfeldbereiche nicht angefahren werden. So werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere ein Hochlastbereich 304, welches am oberen Kennfeldrand liegt und durch eine Volllastkurve 300 begrenzt ist, sowie ein Übergangsbereich 303, welches unterhalb des Normalbereichs 301 liegt, vermieden.
-
Der Ladebetrieb 221 kann auch eingestellt werden, wenn eine Abgastemperatur unterhalb einer Grenztemperatur liegt. Hierbei ist es von Bedeutung, dass Rohemissionen des Dieselmotors 101 möglichst gering gehalten werden, da die Abgasnachbehandlung noch keine vollständige Betriebsbereitschaft erreicht hat. Dies betrifft insbesondere den Ausstoß von Stickoxiden.
-
Punkte mit minimalem Stickoxidausstoß im Abgas bzw. im Rohabgas des Dieselmotors 101 sind durch ein Emissionsmoment 313 gegeben. Im Ladebetrieb 221, sofern dieser auf Grund niedriger Abgastemperaturen eingestellt wird, erfolgt eine Anhebung des Motormoments des Dieselmotors 101 derart, dass das Motormoment dem Emissionsmoment 313 entspricht. Diese Betriebsstrategie ist auch auf Motormomente erweiterbar, die oberhalb des Emissionsmomentes 313 liegen, wobei im Falle von niedrigen Abgastemperaturen auch ein Boostbetrieb 223 eingestellt werden kann. In diesem Fall wird das Motormoment des Dieselmotors 101 durch Unterstützung des Elektromotors 105 von einem hohen Motormoment auf das Emissionsmoment 313 gebracht.
-
Im Hochlastbereich 304 werden typischerweise sehr viele Stickoxide emittiert, was auch nach Erreichen der Betriebstemperatur für die Abgasnachbehandlung problematisch sein kann. Der Hochlastbereich 304 wird daher vorzugsweise durch Einstellen des Boostbetriebes 223 oder, falls ein Boostbetrieb 223 nicht möglich ist und eine alternative Getriebestufe nicht gewählt werden kann, durch begrenzen des Motormomentes des Dieselmotors 101 verlassen. Insofern wird der Boostbetrieb 223 nicht schon bei Überschreiten der Volllastkurve 300 durch das Fahrerwunschmoment eingestellt, sondern auch alternativ oder kumulativ, wenn das Fahrerwunschmoment das Maximalmoment übersteigt. Das Maximalmoment entspricht hierbei der oberen Begrenzung des Normalbereiches 301, also der Grenzkurve zwischen dem Anfahrbereich 305, dem Hochlastbereich 304 sowie dem Leistungsbereich 302 und dem Normalbereich 301.
-
Drehzahlen und Drehmomente in einem Anfahrbereich 305 und in einem Hochdrehzahlbereich 306, werden primär durch eine geeignete Schaltstrategie eines im Antriebsstrang befindlichen Getriebes vermieden. Werden Drehmomente im Anfahrbereich 305 angefordert, ist die Steuerung des Getriebes derart ausgelegt, dass eine Rückschaltung in eine niedrigere Getriebestufe erfolgt. Hierdurch wird die Drehzahl des Dieselmotors 101 angehoben und der Anfahrbereich 305 vermieden. Der Anfahrbereich 305 kann auch mittels des Boostbetriebes 223 verlassen werden, wenn die Grenze zwischen dem Anfahrbereich 305 und dem Normalbereich 301 eine Neigung aufweist.
-
Umgekehrt verhält es sich im Hochdrehzahlbereich 306, in welchem die Steuerung einen geeigneten höheren Gang wählt, um die Drehzahl des Dieselmotors 101 abzusenken und wieder in den Normalbereich 301 zu gelangen.
-
Da sich Punkte gleicher Motorleistung in einem Drehmomentkennfeld nach 3 jeweils auf Hyperbeln befinden, kann die Vermeidung des Übergangsbereiches 303 nicht nur durch die Wahl des Ladebetriebes 221 erfolgen, sondern auch durch die Wahl einer geeigneten Getriebestufe.
-
Unterhalb des Übergangsbereiches 303 wird das Kennfeld abgegrenzt durch einen Niedriglastbereich 307. Dieser Niedriglastbereich 307 weist typischerweise, wie bei einem Benzinmotor auch, sehr hohe spezifische Kraftstoffverbräuche aus und ist für einen effizienten Betrieb des Dieselmotors 101 zu vermeiden.
-
In diesem Niedriglastbereich 307 wird bevorzugt der Elektrikbetrieb 222 eingestellt, so dass der Dieselmotor 101 gestoppt und der Vortrieb des Hybridkraftfahrzeuges 100 nur noch über den Elektromotor 105 erfolgt. Insofern wird das Motormoment des Elektromotors 105 dem Antriebsmoment gleich gesetzt und das Motormoment des Dieselmotors 101 zu null gesetzt, wenn ein Betriebspunkt des Dieselmotors 101 sich im Niedriglastbereich 307 befindet. Die Grenze zwischen dem Niedriglastbereich 307 und dem Übergangsbereich 306 bildet somit das Grenzdrehmoment, dessen Unterschreitung zur Einleitung des Elektrikbetriebs 222 führt.
-
Wird eine hohe Leistung angefordert, ist neben dem Betrieb des Dieselmotors 101 im Normalbereich 301 auch der Leistungsbereich 302 vorgesehen. Wie bereits zuvor erläutert, wird der Leistungsbereich 302 zu kleineren Drehmomenten durch den Hochdrehzahlbereich 306 begrenzt. Die im Hochdrehzahlbereich 306 abgegebene Leistung kann auch bei kleineren Drehzahlen und höheren Drehmomenten durch Wahl einer geeigneten Getriebestufe abgerufen werden.
-
Der Leistungsbereich 302 verfügt ferner über ein Leistungsmoment 312, welcher durch Wahl eines geeigneten Betriebsbereiches angefahren werden kann. Das Leistungsmoment 312 ist jenes Motormoment, welches den besten Kompromiss zwischen Leistung, Verbrauch und Emissionen darstellt. Liegt das Fahrerwunschmoment über dem Leistungsmoment 312, so kann in den Boostbetrieb 223 gewechselt werden. Das Motormoment des Dieselmotors 312 wird dann derart eingestellt, dass es auf dem Leistungsmoment 312 liegt. In jedem Fall wird aber der Boostbetrieb 223 eingestellt, wenn das Fahrerwunschmoment oberhalb des im Leistungsbereich 302 verfügbaren maximalen Drehmomentes liegt. Das maximale Drehmoment im Leistungsbereich 302 ergibt sich durch das Volllastmoment 300 und durch die Abgrenzung des Leistungsbereiches 302 zum Hochlastbereich 304.
-
Auch im Leistungsbereich 302 kann der Ladebetrieb 221 eingestellt werden. Dies erfolgt nicht nur, wenn das Fahrerwunschmoment unterhalb des Leistungsbereiches 302 liegt, sondern kann kumulativ hierzu auch erfolgen, wenn das Fahrerwunschmoment noch im Leistungsbereich 302 jedoch unterhalb des Leistungsmomentes 312 liegt.
-
Das Einstellen des Ladebetriebes 221 oder des Boostbetriebes 223 in dem Normalbereich 301 oder Leistungsbereich 302 ist abhängig vom Ladezustand der Antriebsbatterie 106. So ist bei Unterschreitung des Grenzladungszustandes kein Boostbetrieb 223 und bei Erreichen des maximalen Ladungszustandes kein Ladebetrieb 221 möglich.
-
Auf Grund des typischen Verbrauches des Dieselmotors 101 ist ein effizienter Betrieb nicht notwendigerweise bei einem Verbrauchsbestpunkt vorzusehen. Das Verbrauchskennfeld eines Dieselmotors ist um den Bestpunkt herum, welcher im Normalbereich 301 liegt, relativ flach, so dass Abweichungen vom Bestpunkt nicht notwendigerweise hohe Einbußen im Wirkungsgrad zur Folge haben und daher ein Einstellen des Betriebspunktes auf das Verbrauchsmoment 311 nicht zwangsläufig erfolgen muss, da bereits das Erreichen des Normalbereiches 301 vorteilhaft für ein Hybridkraftfahrzeug 100 mit einem Dieselmotor 101 ist.
-
Ebenso verhält es sich im Niedriglastbereich 307 und im Übergangsbereich 303. Da Dieselmotoren zumeist während des Betriebes auf Grund der Qualitätssteuerung nicht gedrosselt werden, entstehen in diesen Bereichen auch weniger schlechte Verbräuche als bei Benzinmotoren. Insofern ist es für das Hybridkraftfahrzeug 100 bereits schon vorteilhaft, wenn der gesamte Betriebsbereich auf den Normalbereich 301 und den Leistungsbereich 302 als Ganzes und nicht nur auf einen Bestpunkt begrenzt wird, wie bereits erläutert.
-
Insbesondere lassen sich, neben den Verbrauchs- und Emissionsnachteilen, Kostennachteile vermeiden, da sowohl auf einen hohen technologischen Aufwand für die Herstellung der Bauteile des Dieselmotors 101 als auch auf einen hohen Entwicklungsaufwand verzichtet werden kann, da für die vermiedenen Betriebsbereiche weder intensive Einstellarbeiten noch hochwertige Bauteile, die den Anforderungen standhalten, notwendig sind.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht ausschließlich auf einen parallelen Hybrid beschränkt, bei welchem der Dieselmotor 101 und der Elektromotor 105 gemeinsam und drehzahlstarr auf den Antriebsstrang wirken. Es ist ferner auch ein leistungsverzweigter Hybrid, aber auch ein serieller Hybrid, denkbar.
-
Es versteht sich, dass die beschriebenen Lösungen auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2016/0082949 A1 [0002]
