DE102017109393A1 - Verfahren und system zur motorsteuerung - Google Patents

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combustion engine
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English (en)
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Kenneth James Miller
Thomas G. Leone
Douglas Raymond Martin
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D29/02—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving vehicles; peculiar to engines driving variable pitch propellers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Bilden von Synergien aus den Vorteilen eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis in einem Hybridfahrzeugsystem bereitgestellt. Eine Fahrzeugsteuerung kann den Verbrennungsmotor während des Anziehens und Drosselns des Motors in einem geringeren Verdichtungsverhältnis halten, insbesondere, wenn ein niedriger Drehzahlbereich durchschritten wird, in welchem Verdichtungsfehler auftreten können. Während des Motorbetriebs, als Reaktion auf eine Änderung des Fahrerbedarfs, kann die Steuerung entscheiden, ob das Verdichtungsverhältnis gewechselt oder ein aktuelles Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird, während unter Verwendung des Elektromotordrehmoments ein Drehmomentdefizit ausgeglichen wird, wobei die Entscheidung auf der Kraftstoffeffizienz beruht.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines Verbrennungsmotor-Verdichtungsverhältnisses in einem Hybridfahrzeugsystem.
  • Hintergrund/Kurzdarstellung
  • Das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors ist definiert als das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt (UT) befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet. Im Allgemeinen gilt: je höher das Verdichtungsverhältnis, desto höher der Wärmewirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Dies sorgt wiederum für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz und ein höheres Verhältnis der abgegebenen zur aufgenommenen Energie des Motors. In herkömmlichen Motoren ist das Verdichtungsverhältnis festgelegt, weshalb der Motorwirkungsgrad während Betriebsbedingungen nicht optimiert werden kann, um die Kraftstoffeffizienz und das Leistungsvermögen des Motors zu verbessern.
  • Es sind diverse Technologien entwickelt worden, um eine Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Motors mit den Betriebsbedingungen des Motors zu ermöglichen. Ein Beispiel für einen Ansatz wird in US 7,258,099 von Yoshida et al. vorgeführt. Darin werden Einstellungen der Nockensteuerung verwendet, um das effektive Verdichtungsverhältnis zu variieren. Zum Beispiel wird eine späte Schließung des Einlassventils verwendet, um das effektive Verdichtungsverhältnis zu reduzieren. Andere Ansätze, wie etwa in US20130055990 von Kamada et al. gezeigt, setzen auf einen Mechanismus der Hubraumänderung, welcher die Kolben näher an den Zylinderkopf heran oder weiter von diesem weg bewegt, wodurch sich die Größe der Brennkammern ändert.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme mit solchen Ansätzen erkannt. Als ein Beispiel können mit den Einstellungen der Nockensteuerung nach Yoshida Einschränkungen und Kompromisse verbunden sein, wie etwa ein reduzierter Liefergrad, ein reduziertes Drehmoment und eine reduzierte Leistung, wenn ein geringes Verdichtungsverhältnis gewünscht ist. Ein anderes Problem besteht darin, dass häufige Änderungen des Pedalbedarfs durch den Fahrzeugführer dazu führen können, dass die Arbeitslast stark schwankt, was zu einem häufigen Wechsel zwischen den Verdichtungsverhältnissen führt. Aufgrund von Verlusten, die während Übergängen auftreten, können übermäßige Wechsel des Verdichtungsverhältnisses die Kraftstoffeffizienz beeinträchtigen. Dieses Problem kann sich in einem Hybridfahrzeug verschärfen, wobei der Verbrennungsmotor ein mehrfaches Anziehen und Drosseln (wie etwa bei häufigen Anlass-/Stopp-Ereignissen) unterläuft. Die Kraftstoffverluste beim Anziehen und Drosseln können proportional zur Pump- und Reibarbeit des Verbrennungsmotors sein. Ein weiteres Problem, das mit dem häufigen Anziehen und Drosseln verbunden ist, besteht darin, dass ein Fehler auftreten kann, wenn der Verbrennungsmotor den Bereich einer niedrigen Drehzahl passiert (z. B. zwischen 300–500 rpm). Diese rasche und wiederholte vorübergehende Schwankung der Drehzahl (relativ zu einer mittleren Drehzahländerung, die das Fenster passiert) ist auf Drehmomentschwankungen aus Zyklen der Verdichtung und Ausdehnung des Verbrennungsmotors zurückzuführen, die das Fahrzeug in diesem Drehzahlbereich erregen, insbesondere in den weitverbreiteten Hybridantrieb-Ausgestaltungen wie etwa der Leistungsverzweigung, die eine direkte mechanische Verbindung zwischen Motor und Rädern aufweisen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass ein Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis (VCR-Motor), wie etwa einer, der mit einem Mechanismus ausgelegt ist, der eine Kolbenposition mit einer Brennkammer mechanisch ändert, in einem Hybridfahrzeugsystem eingesetzt werden kann, um das Verdichtungsverhältnis während Motoranzieh- und Drosselereignissen zu reduzieren, ohne durch damit verbundene Einschränkungen und Kompromisse gehindert zu werden. Gleichzeitig kann Batteriestrom eingesetzt werden, um die Häufigkeit des Wechselns des Verdichtungsverhältnisses zu reduzieren. In einem Beispiel kann die Kraftstoffeffizienz durch ein Verfahren für ein Hybridfahrzeugsystem verbessert werden, umfassend ein Wechseln zwischen einem Antreiben des Fahrzeugs über ein Elektromotordrehmoment und ein Verbrennungsmotordrehmoment als Reaktion auf den Fahrerbedarf; und, während des Wechselns, wenn die Motordrehzahl bei oder unter einer Schwellendrehzahl liegt, Umstellen des Verbrennungsmotors auf ein geringeres Verdichtungsverhältnis über mechanische Einstellungen. Zudem kann die Steuerung zumindest auf Grundlage eines Batterieladestatus des Systems eine Auswahl zwischen einem Aufrechterhalten eines jeweiligen Verdichtungsverhältnisses oder einem Umstellen auf das andere Verdichtungsverhältnis treffen. Infolgedessen lässt sich ein häufiger Wechsel des Verdichtungsverhältnisses reduzieren.
  • Zum Beispiel kann ein Hybridfahrzeugsystem mit einem batteriebetriebenen Elektromotor zum Antreiben der Fahrzeugräder über ein Elektromotordrehmoment sowie einem VCR-Motor zum Antreiben der Fahrzeugräder über ein Verbrennungsmotordrehmoment ausgelegt sein. Der VCR-Motor kann einen VCR-Mechanismus zur mechanischen Änderung eines Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors beinhalten, wie etwa durch eine Änderung einer Position eines Kolbens innerhalb eines Zylinders oder eine Änderung eines Zylinderkopfvolumens, als nicht einschränkende Beispiele. Während Bedingungen, in denen der Verbrennungsmotor angezogen wird (wie etwa während eines Umschaltens vom Elektromodus in den Verbrennungsmotormodus) sowie, wenn der Motor gedrosselt wird (wie etwa während eines Umschaltens vom Verbrennungsmotormodus zum Elektromodus), kann der Verbrennungsmotor mit einem geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden. Insbesondere kann die Einstellung des geringeren Verdichtungsverhältnisses gewählt und während des Anziehens des Verbrennungsmotor beibehalten werden, bis die Motordrehzahl den Fehlerbereich (z. B. zwischen 300–500 rpm) überschreitet. Gleichermaßen kann der Verbrennungsmotor während der Motordrosselung in die Einstellung des geringeren Verdichtungsverhältnisses umgeschaltet werden, unmittelbar bevor der Verbrennungsmotor in den Fehlerbereich eintritt. Sobald der Fehlerbereich durchschritten ist, kann eine Fahrzeugsteuerung ein Verdichtungsverhältnis auswählen, welches die höchste Kraftstoffeffizienz für einen jeweiligen Drehmomentbedarf bereitstellt. Dies kann zum Beispiel beinhalten: als Reaktion auf eine Änderung des Drehmomentbedarfs, Bereitstellen eines Verbrennungsmotordrehmoments, während eine aktuelle Verdichtungsverhältnis-Einstellung beibehalten wird, und während zusätzlich ein solches Maß an Elektromotordrehmoment angewandt wird, dass der Drehmomentbedarf des Fahrers gedeckt wird.
  • Auf diese Weise können Verluste der Kraftstoffeffizienz in einem Fahrzeugsystem reduziert werden. Einer der technischen Effekte der Verwendung der VCR-Technologie in einem Hybridfahrzeug besteht darin, dass das Verdichtungsverhältnis während des häufigen Anziehens und Drosseln des Motors reduziert werden kann, und zwar mit weniger Einschränkungen und Kompromissen. Das geringere Verdichtungsverhältnis während des Anlass-/Stopp-Ereignisses führt zu einem niedrigeren Zylinderdruck, was die Pumparbeit (die Arbeit, die zum Verdichten und Ausdehnen von Zylinderluft verrichtet wird), die Kolbenringreibung und Kolbenseitenlasten verringert, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Zudem werden Wärmeübertragungsverluste und Blowby während des Anziehens und Drosseln des Verbrennungsmotors reduziert, was den negativen mittleren Zylinderinnendruck (IMEP) in der Verdichtung/Ausdehnung-Schleife senkt. Dies ermöglicht eine Reduzierung von Reibungs- und Pumpverlusten und verbessert Noise, Vibration, Harshness (NVH). Außerdem werden durch ein Anwenden des geringeren Verdichtungsverhältnisses im unteren Motordrehzahlbereich Drehmomentschwankungen (wie etwa jene, die auftreten, wenn der Verbrennungsmotor den Fehlerbereich passiert) reduziert. Der technische Effekt der Verwendung von Batteriestrom zum Decken des Fahrerbedarfs während des Aufrechterhaltens eines Verbrennungsmotor-Verdichtungsverhältnisses während ausgewählter Motorbetriebsbedingungen besteht darin, dass das Wechseln des Verdichtungsverhältnisses reduziert werden kann. Zudem kann der Motorbetrieb bei einem kraftstoffeffizienteren Verdichtungsverhältnis trotz Änderungen des Fahrer- oder Raddrehmomentbedarfs verlängert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um auf vereinfachte Art und Weise eine Auswahl an Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder maßgebliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzustellen, dessen Umfang einzig in den Ansprüchen im Anschluss an die ausführliche Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in jeglichem Teil dieser Offenbarung angemerkte Nachteile beheben.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Antriebssystem für ein Hybridelektrofahrzeug.
  • 2 zeigt eine Teilansicht des Motors.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm auf höherer Ebene zum mechanischen Einstellen eines Verbrennungsmotor-Verdichtungsverhältnisses während Anzieh- und Drosselereignissen in einem Hybridelektrofahrzeug.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm auf höherer Ebene zum Koordinieren von Einstellungen des Verbrennungsmotor-Verdichtungsverhältnisses mit der Verwendung eines Elektromotordrehmoments zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz in einem Hybridelektrofahrzeug.
  • 5 zeigt ein beispielhaftes Diagramm für den Gebrauch des Verdichtungsverhältnisses.
  • 6 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das für die Entscheidung verwendet werden kann, ob ein Verbrennungsmotor-Verdichtungsverhältnis während Drehmomentumstellungen gewechselt werden sollte.
  • 7 zeigt beispielhafte Einstellungen des Verdichtungsverhältnisses während des Betriebs eines Hybridfahrzeugsystems.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz in einem Hybridfahrzeugsystem wie etwa dem Fahrzeugsystem nach 1. Das Fahrzeugsystem kann einen Verbrennungsmotor beinhalten, der mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis (VCR) ausgelegt ist, der eine Variation eines Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors über mechanische Einstellungen ermöglicht, wie mit Verweis auf das Motorsystem nach 2 beschrieben. Eine Steuerung kann dazu ausgelegt sein, eine Steuerungsroutine wie etwa die Beispielroutine nach 3 durchzuführen, um das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors während Anzieh- und Drosselereignissen des Verbrennungsmotors zum Reduzieren damit verbundener Pumpverluste und von NVH zu verringern. Die Steuerung kann zudem als Reaktion auf eine Änderung des Fahrerbedarfs eine Routine wie etwa die Beispielroutine nach 4 durchführen, um zwischen einem Umstellen auf ein alternatives Verdichtungsverhältnis und einem Aufrechterhalten eines aktuellen Verdichtungsverhältnisses zu wählen, während das Bedarfsdefizit unter Verwendung des Elektromotordrehmoments gedeckt wird. Beispielhafte Diagramme, die von der Steuerung verwendet werden können, um ein Verdichtungsverhältnis auszuwählen, sind mit Verweis auf 5–6 dargestellt. Ein beispielhafter Hybridfahrzeugbetrieb mit Einstellungen des Verdichtungsverhältnisses ist in 7 dargestellt. Auf diese Weise kann die VCR-Technologie eine Synergie mit der Hybridfahrzeugtechnologie bilden, um wesentliche Verbesserungen in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz zu erzielen.
  • 1 bildet ein Hybridantriebssystem 100 für ein Fahrzeug ab. In der abgebildeten Ausführungsform handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle – HEV), alternative Ausführungsformen könnten jedoch Hybridfahrzeuge beinhalten, die hydraulische, pneumatische, Schwungrad- oder sonstige Energiespeichersysteme und Elektromotoren verwenden. Das Antriebssystem 100 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Vielzahl von Zylindern 30. Der Kraftstoff kann jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 10 über ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, das ein oder mehrere Kraftstofftanks, eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und Einspritzvorrichtungen 66 beinhaltet. Eine ausführliche Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist in Bezug auf 2 dargestellt.
  • Der Verbrennungsmotor 10 führt dem Getriebe 44 über die Drehmomenteingangswelle 18 Kraft zu. In dem abgebildeten Beispiel handelt es sich bei dem Getriebe 44 um ein Leistungsverzweigungsgetriebe (oder Transaxle-Getriebe), das ein Planetengetriebe 22 und ein oder mehrere rotierende Getriebeelemente beinhaltet. Das Getriebe 44 beinhaltet ferner einen elektrischen Generator 24 und einen Elektromotor 26. Der elektrische Generator 24 und der Elektromotor 26 können auch als elektrische Maschinen bezeichnet werden, da sie jeweils entweder als Motor oder als Generator betrieben werden können. Das Drehmoment wird aus dem Getriebe 44 zum Antreiben der Fahrzeugantriebsräder 52 über eine Getriebeübersetzung zur Kraftübertragung 34, eine Drehmomentausgabewelle 19 und die Differential-und-Achs-Anordnung 36 ausgegeben.
  • Der Generator 24 ist antreibbar mit dem Elektromotor 26 verbunden, sodass jeder von dem elektrischen Generator 24 und dem Elektromotor 26 unter Verwendung elektrischer Energie von einer Speichervorrichtung für elektrische Energie betrieben werden kann, die hier als Batterie 54 abgebildet ist. In einigen Ausführungsformen kann eine Energieumwandlungsvorrichtung wie zum Beispiel ein Wechselrichter zwischen der Batterie und dem Motor angeschlossen sein, um den DC-Ausgang der Batterie in einen AC-Ausgang zur Verwendung durch den Elektromotor umzuwandeln. In alternativen Ausführungsformen kann der Wechselrichter jedoch in dem Elektromotor ausgelegt sein. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften des Planetengetriebes kann der Generator 24 durch ein Leistungsausgabeelement (an einer Ausgabeseite) des Planetengetriebes 22 mittels mechanischer Verbindung 32 angetrieben werden, wie nachstehend näher erläutert.
  • Der Elektromotor 26 kann in einem Regeneriermodus betrieben werden, d. h. als ein Generator, um Energie von einer Fahrzeugbewegung und/oder dem Verbrennungsmotor aufzunehmen und die aufgenommene kinetische Energie in eine zum Speichern in der Batterie 54 geeignete Energieform umzuwandeln. Ferner kann der Elektromotor 26 nach Bedarf als Motor oder Generator betrieben werden, um ein von dem Verbrennungsmotor bereitgestelltes Drehmoment zu erweitern oder aufzunehmen, zum Beispiel während eines Umschaltens des Verbrennungsmotors 10 zwischen verschiedenen Verbrennungsmodi (z. B. während Umschaltungen zwischen einem Funkzündungs- und einem Kompressionszündungsmodus). Zum Beispiel kann während Bedingungen, in denen der Verbrennungsmotordrehmomentausgang höher als der Bedarf des Fahrers ist, die Drehmomentdifferenz an dem Elektromotor aufgenommen und zum Laden der Batterie verwendet werden, wodurch die Drehmomenttransiente ausgeglichen wird.
  • Das Planetengetriebe 22 umfasst ein Hohlrad 42, ein Sonnenrad 43 und eine Planetenträgeranordnung 46. Das Hohlrad und das Sonnenrad können über den Träger aneinander gekoppelt sein. Eine erste Eingabeseite des Planetengetriebes 22 ist an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelt, während eine zweite Eingabeseite des Planetengetriebes 22 an den Generator 24 gekoppelt ist. Eine Ausgabeseite des Planetengetriebes ist über eine Getriebeübersetzung zur Kraftübertragung 34, die ein oder mehrere in Eingriff stehende Zahnradelemente 60–68 beinhaltet, an die Fahrzeugantriebsräder 52 gekoppelt. In einem Beispiel kann es sich bei den in Eingriff stehenden Zahnradelementen 60–68 um Stufenverhältniszahnradelemente handeln, wobei die Trägeranordnung 46 den Stufenverhältniszahnrädern Drehmoment zuführen kann. Die Zahnradelemente 62, 64 und 66 sind an einer Vorgelegewelle 17 befestigt, wobei das Zahnradelement 64 ein durch den Elektromotor angetriebenes Zahnradelement 70 in Eingriff nimmt. Der Elektromotor 26 treibt das Zahnradelement 70 an, das als Drehmomenteingabe für das Vorgelegegetriebe fungiert. Auf diese Weise kann der Planetenträger 46 (und folglich der Verbrennungsmotor und der Generator) über ein oder mehrere Zahnradelemente an die Fahrzeugräder und den Elektromotor gekoppelt sein.
  • Das Hybridantriebssystem 100 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen betrieben werden, die ein Vollhybridsystem beinhalten, wobei das Fahrzeug nur durch den Verbrennungsmotor und den Generator zusammen, oder nur durch den Elektromotor oder durch eine Kombination angetrieben wird. Alternativ können auch Hilfs- oder Mildhybridausführungsformen verwendet werden, wobei der Verbrennungsmotor die primäre Drehmomentquelle ist und der Elektromotor wahlweise während bestimmter Bedingungen, zum Beispiel während eines Gasbetätigungsereignisses, Drehmoment hinzufügt. Dementsprechend kann das Hybridantriebssystem 100 in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden.
  • Zum Beispiel kann das Fahrzeug in einem ersten Modus mit angelassenem Verbrennungsmotor angetrieben werden, der hier ebenfalls als „Verbrennungsmotor“-Modus bezeichnet wird, wobei der Verbrennungsmotor 10 zusammen mit dem elektrischen Generator (der dem Planetengetriebe Reaktionsdrehmoment bereitstellt und ein Nettoplanetenleistungsdrehmoment für den Antrieb ermöglicht) betrieben und als primäre Drehmomentquelle für die Antriebsräder 52 verwendet wird (der Generator kann den Rädern ebenfalls Drehmoment bereitstellen, wenn der Elektromotor-Modus verwendet wird). Während des „Verbrennungsmotor“-Modus kann dem Verbrennungsmotor 10 aus einem Kraftstofftank über die Einspritzvorrichtung 66 Kraftstoff zugeführt werden, sodass der Verbrennungsmotor unter Kraftstoffversorgung laufen kann, um das Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere wird dem Hohlrad des Planetengetriebes Leistung des Verbrennungsmotors zugeführt. Zeitgleich stellt der Generator dem Sonnenrad 43 ein Drehmoment bereit, wodurch für den Verbrennungsmotor ein Reaktionsdrehmoment erzeugt wird. Infolgedessen wird vom Planetenträger ein Drehmoment an die Zahnräder 62, 64, 66 an der Vorgelegewelle 17 ausgegeben, welche die Leistung wiederum den Rädern 52 zuführt. Optional kann der Verbrennungsmotor so betrieben werden, dass mehr Drehmoment als zum Antreiben benötigt ausgegeben wird, wobei die zusätzliche Leistung in diesem Fall von dem Generator (im Generiermodus) aufgenommen wird, um die Batterie 54 aufzuladen oder elektrische Energie für sonstige Fahrzeuglasten bereitzustellen. In diesem Modus wird nur das Verbrennungsmotordrehmoment zum Antreiben der Fahrzeugräder verwendet.
  • In einem anderen Beispiel kann das Fahrzeug in einem zweiten Modus mit angelassenem Verbrennungsmotor angetrieben werden, der hier auch als „Hilfs“-Modus bezeichnet wird. Während des Hilfsmodus wird der Verbrennungsmotor 10 als primäre Drehmomentquelle zum Antreiben der Räder 52 betreiben und verwendet, und der Elektromotor wird als zusätzliche Drehmomentquelle verwendet, um mit dem von dem Verbrennungsmotor 10 bereitgestellten Drehmoment zusammenzuwirken und dieses zu ergänzen. Während des „Hilfs“-Modus wird dem Verbrennungsmotor 10 wie in dem Nur-Verbrennungsmotor-Modus Kraftstoff zugeführt, um den Motor unter Kraftstoffversorgung laufen zu lassen und den Fahrzeugrädern ein Drehmoment bereitzustellen. In diesem Modus wird nur das Verbrennungsmotordrehmoment zum Antreiben der Fahrzeugräder verwendet.
  • In einem weiteren Beispiel kann das Fahrzeug in einem Modus mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor angetrieben werden, der hier auch als Elektromodus bezeichnet wird, wobei der batteriebetriebene Elektromotor 26 als einzige Drehmomentquelle zum Antreiben der Räder 52 verwendet wird. Daher kann während des Modus mit ausgeschaltetem Motor unabhängig davon, ob der Motor läuft oder nicht, kein Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 10 eingespritzt werden. Der Modus „mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor“ kann zum Beispiel beim Fahren mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit, während des Bremsens, während leichter Beschleunigung bei niedrigen Drehzahlen, während des Haltens an Ampeln usw. verwendet werden. Konkret wird die Elektromotorleistung dem Zahnradelement 70 zugeführt, das wiederum die Zahnradelemente auf der Vorgelegewelle 17 und daraufhin die Räder 52 antreibt. In diesem Modus wird nur Elektromotordrehmoment zum Antreiben der Fahrzeugräder verwendet.
  • Das Antriebssystem 100 kann ferner ein Steuerungssystem beinhalten, das die Steuerung 12 umfasst, die dazu ausgelegt ist, Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) zu empfangen, und Steuersignale an eine Vielzahl von Betätigungselementen 81 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) sendet. Zum Beispiel können die Sensoren 16 verschiedene Druck- und Temperatursensoren, einen Füllstandssensor, verschiedene Abgassensoren und sonstige Sensoren wie die in Bezug auf 2 beschriebenen umfassen. Die verschiedenen Betätigungselemente können beispielsweise den Getriebezahnradsatz, die Zylindereinspritzvorrichtungen, einen mit der Luftansaugdrossel gekoppelten Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors und sonstige Betätigungselemente wie die in Bezug auf 2 beschriebenen umfassen. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Betätigungselemente als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage der Anweisung oder des darin programmierten Codes entsprechend einer oder mehrerer Routinen auslösen. Beispielhafte Steuerungsroutinen sind hier in Bezug auf 3–4 beschrieben.
  • 2 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer oder eines Zylinders des Verbrennungsmotors 10 wie etwa des Verbrennungsmotors 10 nach 1 dar. Der Verbrennungsmotor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuersystem, zu dem die Steuerung 12 gehört, und eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Brennkammerwände 136 aufweisen, in denen der Kolben 138 angeordnet ist. Der Kolben 138 kann an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
  • Der Verbrennungsmotor 10 kann als ein Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis (VCR) ausgelegt sein, wobei das Verdichtungsverhältnis (CR) von jedem Zylinder (sprich, das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt (UT) befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet) mechanisch geändert werden kann. Das CR des Verbrennungsmotors kann über ein VCR-Betätigungselement 202 variiert werden, das einen VCR-Mechanismus 204 betätigt. In manchen Ausführungsbeispielen kann das CR zwischen einem ersten, geringeren CR (bei dem das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am UT befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am OT befindet, geringer ist) und einem zweiten, höheren CR (bei dem das Verhältnis höher ist) variiert werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine vorgegebene Anzahl gestufter Verdichtungsverhältnisse vorliegen. Ferner kann das CR zwischen dem ersten, geringeren CR und dem zweiten, höheren CR (mit jedem beliebigen CR dazwischen) kontinuierlich variabel sein.
  • In einem Beispiel ist der VCR-Mechanismus 204 an den Kolben 138 gekoppelt. Darin kann das CR des Verbrennungsmotors über einen VCR-Mechanismus, der eine Kolben-OT-Position ändert, variiert werden. Zum Beispiel kann der Kolben 138 über einen VCR-Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition, welcher die Kolben näher an den Zylinderkopf heran oder weiter von diesem weg bewegt, wodurch sich die Größe der Brennkammer 14 ändert, an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein. In einem Beispiel ändert sich durch die Änderung der Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer auch der relative Hub des Kolbens innerhalb des Zylinders. Der VCR-Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition kann an ein herkömmliches Kurbelgetriebe oder ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe gekoppelt sein. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe, an welches der VCR-Mechanismus gekoppelt sein kann, beinhalten Hauptkurbelwellen mit variabler Distanz, Kolbenoberteile mit variabler Höhe, Kupplungsstäbe mit variabler Länge und Kurbelwellen mit variabler kinematischer Länge. In einem Beispiel kann die Kurbelwelle 140 als eine Exzenterwelle ausgelegt sein. In einem anderen Beispiel kann ein Exzenter an einen Kolbenbolzen oder in dessen Bereich gekoppelt sein, wobei der Exzenter die Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer ändert. Die Bewegung des Exzenters kann durch Ölkanäle in der Kolbenstange gesteuert werden.
  • Es versteht sich, dass noch andere VCR-Mechanismus, welche das Verdichtungsverhältnis mechanisch ändern, verwendbar sind. Zum Beispiel kann das CR des Verbrennungsmotors über einen VCR-Mechanismus variiert werden, welcher ein Zylinderkopfvolumen (sprich, den Schadraum im Zylinderkopf) ändert. Es versteht sich, dass der VCR-Motor im hier verwendeten Sinne dazu ausgelegt sein kann, das CR des Verbrennungsmotors über mechanische Einstellungen einzustellen, welche eine Kolbenposition oder ein Zylinderkopfvolumen variieren. Daher beinhalten VCR-Mechanismen keine CR-Einstellungen, die über Einstellungen der Ventil- oder Nockensteuerung erreicht werden.
  • Durch die Einstellung der Position des Kolbens innerhalb des Zylinders lässt sich ein effektives (statisches) Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors (sprich, eine Differenz zwischen den Zylindervolumen am OT relativ zum UT) variieren. In einem Beispiel beinhaltet eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses eine Reduzierung eines Hubs des Kolbens innerhalb der Brennkammer durch Vergrößern einer Distanz zwischen einem oberen Teil des Kolbens von einem Zylinderkopf. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor mit einem ersten, geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, indem die Steuerung ein Signal sendet, dass der VCR-Mechanismus auf eine erste Position betätigt wird, in welcher der Kolben einen kleineren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. Als ein anderes Beispiel kann der Verbrennungsmotor mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, indem die Steuerung ein Signal sendet, dass der VCR-Mechanismus auf eine zweite Position betätigt wird, in welcher der Kolben einen größeren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. Wie hier ausgearbeitet, können Änderungen des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors vorteilhafterweise verwendet werden, um Pumpverluste zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz des Hybridfahrzeugsystems nach 1 zu verbessern. Darüber hinaus können Einstellungen des Verdichtungsverhältnisses verwendet werden, um Drehmomentschwankungen zu reduzieren, Klopfprobleme zu beheben und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
  • Der Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 empfangen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 kommunizieren. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere von den Ansaugkanälen eine Aufladevorrichtung wie einen Turbolader oder einen mechanischen Lader umfassen. Zum Beispiel zeigt 2 den Verbrennungsmotor 10, der mit einem Turbolader ausgelegt ist, welcher einen Kompressor 174 aufweist, der zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 und einer Abgasturbine 176 angeordnet ist, die entlang des Auslasskanals 148 angeordnet ist. Der Kompressor 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 mit Energie versorgt werden, wobei die Aufladevorrichtung als Turbolader ausgelegt ist. In anderen Beispiel, wie etwa, wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einem mechanischen Lader versehen ist, kann die Abgasturbine 176 optional jedoch weggelassen werden, wobei der Kompressor 174 durch mechanische Eingabe von einem Elektromotor oder dem Verbrennungsmotor mit Energie versorgt werden kann. Eine Drossel 20, die eine Drosselplatte 164 umfasst, kann entlang eines Einlasskanals des Verbrennungsmotors zum Variieren der Durchflussrate und/oder des Drucks der Ansaugluft bereitgestellt sein, die den Zylindern des Verbrennungsmotors bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Drossel 20 dem Kompressor 174 nachgelagert angeordnet sein, wie in 2 dargestellt, oder sie kann alternativ dem Kompressor 174 vorgelagert bereitgestellt sein.
  • Der Auslasskanal 148 kann Abgase von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 zusätzlich zu dem Zylinder 14 empfangen. Der Abgassensor 128 ist an den Auslasskanal 148 gekoppelt dargestellt, der der Emissionssteuerungsvorrichtung 178 vorgelagert ist. Der Sensor 128 kann aus diversen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen), einer Zweizustands-Lambda-Sonde oder EGO (wie abgebildet), einer HEGO (beheizte EGO), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
  • Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht abgebildet) geschätzt werden, die in dem Auslasskanal 148 angeordnet sind. Alternativ kann die Abgastemperatur auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wie etwa der Drehzahl, Last, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), der Spätzündung usw. abgeleitet werden. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Eventuell versteht es sich, dass die Abgastemperatur alternative durch eine beliebige Kombination aus Verfahren der Temperaturschätzung, die hier aufgeführt sind, geschätzt werden kann.
  • Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel wird der Zylinder 14 als mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156 beinhaltend dargestellt, das in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet ist. In manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 einschließlich des Zylinders 14 mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
  • Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 über das Nockenbetätigungssystem 151 durch eine Nockenbetätigung gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über das Nockenbetätigungssystem 153 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können eine oder mehrere Nocken beinhalten und ein oder mehrere der folgenden Systeme gebrauchen: Nockenprofilverstell(CPS)-, variable Nockensteuerungs-(VCT)-, variable Ventilansteuerungs(VVT)- und/oder variable Ventilhub(VVL)-Systeme, welche durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 150 und Auslassventils 156 kann durch Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigungssysteme gesteuertes Auslassventil beinhalten, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen. In anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilbetätigungselement oder -betätigungssystem oder ein Betätigungselement zur variablen Ventilansteuerung oder variables Betätigungssystem gesteuert werden.
  • Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um das Verhältnis der Volumina handelt, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt befindet, bis hin zum oberen Totpunkt. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In manchen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann bei der Verwendung einer Direkteinspritzung aufgrund ihrer Wirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein.
  • In manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 aufweisen, um die Verbrennung zu initiieren. Das Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi bereitstellen. In manchen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch entfallen, wie etwa, wenn der Verbrennungsmotor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch das Einspritzen von Kraftstoff initiieren kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
  • In manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einem oder mehreren Einspritzvorrichtungen zum Bereitstellen von Kraftstoff an diesen ausgelegt sein. Als nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 so dargestellt, dass er eine Einspritzvorrichtung 166 umfasst. Die Einspritzvorrichtung 166 ist in der Darstellung direkt mit dem Zylinder 14 gekoppelt, u m Kraftstoff proportional zur Pulsbreite eines Signals FPW direkt in diesen einzuspritzen, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 168 empfangen wird. Auf diese Weise stellt die Einspritzvorrichtung 166 eine sogenannte direkte Einspritzung (im Folgenden auch als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Zwar zeigt 2 die Einspritzvorrichtung 166 als seitliche Einspritzvorrichtung, jedoch kann sie auch über dem Kolben angeordnet sein, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Verbrennungsmotor mit einem alkoholbasierten Kraftstoff betrieben wird, da einige alkoholbasierte Kraftstoffe eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern. Der Kraftstoff kann der Einspritzvorrichtung 166 über ein Hochdruckkraftstoffsystem 8 zugeführt werden, zu dem Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffzuteiler gehören. Alternativ kann der Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe zugeführt werden, wobei hier die Zeitsteuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts stärker begrenzt sein kann als bei einer Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Darüber hinaus können die Kraftstofftanks, wenngleich nicht abgebildet, einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt. Es versteht sich, dass die Einspritzvorrichtung 166 in einer alternativen Ausführungsform eine Saugrohreinspritzvorrichtung sein kann, die Kraftstoff in den Ansaugkanal, der dem Zylinder 14 vorgelagert ist, bereitstellt.
  • Es versteht sich ferner, dass, während die abgebildete Ausführungsform darstellt, dass der Verbrennungsmotor durch Einspritzen von Kraftstoff über eine einzelne Direkteinspritzvorrichtung betrieben wird, in alternativen Ausführungsformen der Verbrennungsmotor durch Verwendung von zwei oder mehr Einspritzvorrichtungen (zum Beispiel einer Direkteinspritzvorrichtung und einer Saugrohreinspritzvorrichtung pro Zylinder oder zwei Direkteinspritzvorrichtungen/zwei Saugrohreinspritzvorrichtungen pro Zylinder usw.) und durch Variieren einer relativen Einspritzmenge in den Zylinder aus jeder Einspritzvorrichtung betrieben werden kann.
  • Der Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch die Einspritzvorrichtung zugeführt werden. Ferner kann die zugeführte und/oder die relative Kraftstoffmenge, die von der Einspritzvorrichtung zugeführt wird, je nach Betriebsbedingungen variieren. Ferner können für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder geeigneten Kombinationen davon durchgeführt werden. Darüber hinaus kann Kraftstoff während des Zyklus eingespritzt werden, um das Verhältnis von Luft zu eingespritztem Kraftstoff (AFR) der Verbrennung einzustellen. Zum Beispiel kann Kraftstoff unter Bereitstellung eines stöchiometrischen AFR eingespritzt werden. Ein AFR-Sensor kann enthalten sein, um eine Schätzung des AFR im Zylinder bereitzustellen. Beispielsweise kann es sich bei dem AFR-Sensor um einen Abgassensor wie etwa die Lambdasonde 128 handeln. Durch Messen einer Menge Restsauerstoff (für magere Gemische) oder unverbrannter Kohlenwasserstoffe (für fette Gemische) im Abgas kann der Sensor das AFR bestimmen. Daher kann das AFR als Lambda(λ)-Wert bereitgestellt sein, sprich, als Verhältnis des Ist-AFR zur Stöchiometrie für ein jeweiliges Gemisch. Demnach deutet ein Lambda-Wert von 1,0 auf ein stöchiometrisches Gemisch hin, Gemische, die fetter als stöchiometrische Gemische sind, weisen einen Lambda-Wert von unter 1,0 auf, und Gemische, die magerer als stöchiometrische Gemische sind, weisen einen Lambdawert von über 1 auf.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 2 lediglich einen Zylinder eines Motors mit mehreren Zylindern. Im Grunde genommen kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten.
  • Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten, zum Beispiel mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Diese Unterschiede können verschiedene Alkoholgehalte, verschiedene Oktanzahlen, verschiedene Verdampfungswärmen, verschiedene Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. beinhalten.
  • Der Verbrennungsmotor 10 kann ferner einen Klopfsensor 90 umfassen, der zum Erkennen anomaler Zylinderverbrennungsereignisse an jeden Zylinder 14 gekoppelt ist. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere Klopfsensoren 90 an ausgewählte Stellen des Motorblocks gekoppelt sein. Der Klopfsensor kann ein Beschleunigungsmesser an dem Zylinderblock sein, oder ein Ionisierungssensor, der in der Zündkerze jedes Zylinders ausgelegt ist. Die Ausgabe des Klopfsensors kann mit der Ausgabe eines Kurbelwellenbeschleunigungssensors kombiniert werden, um ein anomales Verbrennungsereignis in dem Zylinder anzuzeigen. In einem Beispiel lassen sich anomale Verbrennungsereignisse aufgrund von einem oder mehreren von Klopfen und Frühzündung auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors 90 in einem oder mehreren definierten Fenstern (z. B. Kurbelwellenwinkel-Ansteuerungsfenster) erkannt und voneinander unterschieden werden. Ferner kann die anomale Verbrennung entsprechend behoben werden. Zum Beispiel lassen sich Klopfprobleme durch ein Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses und/oder eine Verzögerung des Zündzeitpunkts beheben, während eine Frühzündung durch eine Verstärkung des Verbrennungsmotors oder eine Begrenzung der Motorlast behoben wird. In einem Beispiel können Klopfprobleme durch eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses, während der Zündzeitpunkt beibehalten wird, bis ein Verdichtungsschwellenverhältnis erreicht ist, behoben werden, woraufhin weitere Klopfprobleme durch eine Verzögerung des Zündzeitpunkts, während das Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten oder erhöht wird, behoben werden können.
  • Es wird erneut auf 2 verwiesen, in der die Steuerung 12 als ein Mikrocomputer gezeigt ist, der die Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, die in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicherchip 110 gezeigt sind, den Direktzugriffsspeicher 112, den Erhaltungsspeicher 114 und einen Datenbus umfasst. Die Steuerung 12 kann unterschiedliche Steuerungssignale von an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, und zwar zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassenstromsensor 122; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 116, der an die Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderer Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor und eines Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) von dem Sensor 124, des Zylinder-AFR von der Lambdasonde 128 und einer anomalen Verbrennung von dem Klopfsensor 90 und einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor. Das Motordrehzahlsignal RPM kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Kümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe des Vakuums, oder Drucks, in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 empfängt Signale von unterschiedlichen Sensoren nach 1–2 und verwendet die unterschiedlichen Betätigungselemente nach 1–2, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und der auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen einzustellen. Zum Beispiel kann das Einstellen des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors ein Einstellen eines VCR-Betätigungselements beinhalten, das an einen VCR-Mechanismus gekoppelt ist, welcher eine Position des Kolbens mechanisch ändert, um den Kolben näher an den Zylinderkopf heran oder weiter von diesem weg zu bewegen, wodurch sich die Größe der Brennkammer ändert.
  • Auf dem nichtflüchtigen Nur-Lese-Speichermedienspeicher 110 können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen repräsentieren, welche von dem Prozessor 106 zum Durchführen der unten beschriebenen Verfahren ausführbar sind, sowie sonstige Varianten, die vorausgesetzt, jedoch nicht im Einzelnen aufgezählt werden.
  • Auf diese Weise ermöglichen die Systeme nach 1–2 ein Hybridfahrzeugsystem, umfassend einen über eine Batterie betriebenen Elektromotor; einen eine Vielzahl von Zylindern beinhaltenden Verbrennungsmotor; einen VCR-Mechanismus zum mechanischen Ändern einer Kolbenposition innerhalb eines Zylinders; Fahrzeugräder, die über einen oder mehrere von einem Elektromotordrehmoment und einem Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben werden; einen Pedalpositionssensor zum Empfangen eines Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers; und eine Steuerung. Die Steuerung kann mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, für Folgendes ausgelegt sein: als Reaktion auf einen Anstieg des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Elektromotordrehmoment angetrieben werden, Anlaufen des Verbrennungsmotors, unter Kraftstoffversorgung, aus dem Ruhezustand; während der Verbrennungsmotor bei einem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten wird, bis eine Motorschwellendrehzahl erreicht ist, und anschließendes Umstellen des Verbrennungsmotors auf ein höheres Verdichtungsverhältnis; und als Reaktion auf einen Anstieg des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben werden, Halten des Verbrennungsmotors bei dem höheren Verdichtungsverhältnis, bis ein Batterieladestatus unter einen Schwellenwert liegt, und anschließendes Umstellen auf das geringere Verdichtungsverhältnis. Die Steuerung kann weitere Anweisungen zum Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem ersten Verdichtungsverhältnis beinhalten, indem der VCR-Mechanismus in eine erste Position betätigt wird, in welcher der Verbrennungsmotor ein geringeres Verdichtungsverhältnis aufweist; und zum Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem zweiten Verdichtungsverhältnis, indem der VCR-Mechanismus in eine zweite, andere Position betätigt wird, in der der Verbrennungsmotor ein höheres Verdichtungsverhältnis aufweist. Die Steuerung kann zusätzlich weitere Anweisungen für Folgendes beinhalten: als Reaktion auf eine Rückgang des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Verbrennungsmotordrehmoment mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis angetrieben werden, Halten des Verbrennungsmotors bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis, bis der Batterieladestatus unter dem Schwellenwert liegt, und anschließendes Umstellen auf ein höheres Verdichtungsverhältnis. Das Hybridfahrzeugsystem kann ferner einen Klopfsensor umfassen, der an einen Motorblock gekoppelt ist, und die Steuerung kann weitere Anweisungen für Folgendes beinhalten: Anzeigen eines Motorklopfens auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors; und, als Reaktion auf die Klopfanzeige, Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis, während der Zündzeitpunkt auf einem Spitzendrehmomentzeitpunkt gehalten wird. Die Steuerung kann weitere Anweisungen zum Verzögern des Zündzeitpunkts, während das geringere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird, als Reaktion auf eine weitere Klopfanzeige, beinhalten.
  • Es versteht sich, dass, wenngleich die hier offenbarten Beispiele in Bezug auf ein Hybridelektrofahrzeug mit einem elektrisch betätigten Motor erläutert werden, dies nicht als einschränkend zu verstehen ist, und dass derselbe Ansatz auf andere Hybridfahrzeugsysteme angewandt werden kann, wie etwa jene, die einen Schwungrad-, hydraulischen und/oder pneumatischen Motor aufweisen. Gleichermaßen kann jede beliebige Energiespeichervorrichtung zum Bereitstellen von Elektromotordrehmoment verwendet werden, einschließlich unter anderem einer Systembatterie.
  • Es wird nun mit Verweis auf 3 eine Beispielroutine 300 zum Koordinieren der Einstellungen eines Verdichtungsverhältnisses eines Motors beschrieben, der mit einem Kolbeneinstellmechanismus mit Elektromotorbetrieb in einem Hybridfahrzeugsystem ausgelegt ist. Das Verfahren ermöglicht eine Reduktion von NVH und Pumpverlusten im Verlauf von Anzieh- und Drosselereignissen des Motors in dem Hybridfahrzeug. Außerdem können Einstellungen des Elektromotordrehmoments eingesetzt werden, um den Motorbetrieb in einem kraftstoffeffizienten Verdichtungsverhältnis ungeachtet Änderungen des Drehmomentbedarfs des Fahrers zu verlängern. Die Anweisungen zum Umsetzen des Verfahrens 300 sowie der anderen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung ausgeführt werden, und zwar auf Grundlage von Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems erhalten werden, wie etwa den weiter oben mit Verweis auf 1–2 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Betätigungselemente des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb einzustellen.
  • Bei 302 beinhaltet die Routine ein Schätzen und/oder Messen von Fahrzeugbetriebsbedingungen. Diese können zum Beispiel den Drehmomentbedarf des Fahrers (zum Beispiel auf Grundlage einer Ausgabe eines Pedalpositionssensors, der an ein Fahrzeugführerpedal gekoppelt ist), Umgebungstemperatur, -druck und -feuchtigkeit, Verbrennungsmotortemperatur, Batterieladestatus, Kraftstoffstand in einem Kraftstofftank, Kraftstoffoktangehalt von zur Verfügung stehendem Kraftstoff/zur Verfügung stehenden Kraftstoffen usw. beinhalten. Zusätzlich können Motorbetriebsbedingungen wie Krümmerdruck (MAP), Krümmerdurchflussgeschwindigkeit (MAF), Verbrennungsmotortemperatur, Katalysatortemperatur, Ansaugtemperatur, Klopfbeschränkungen usw. geschätzt werden.
  • Bei 304 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen eines Fahrzeugbetriebsmodus auf Grundlage der geschätzten Fahrzeugbetriebsbedingungen. Dies beinhaltet das Wechseln zwischen dem Antreiben des Fahrzeugs mit Elektromotordrehmoment und mit Verbrennungsmotordrehmoment als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen, einschließlich des Fahrerbedarfs. Zum Beispiel kann ein elektrischer Betriebsmodus ausgewählt werden, wenn der Drehmomentbedarf niedriger ist, wenn der Kraftstoffstand in dem Kraftstofftank niedriger ist und/oder wenn der Batterieladestatus höher ist. In dem Elektromodus können die Fahrzeugräder nur über das Elektromotordrehmoment von einem Elektromotor angetrieben werden, der durch eine Systembatterie angetrieben wird. Als ein weiteres Beispiel kann ein Verbrennungsmotorbetriebsmodus ausgewählt werden, wenn der Drehmomentbedarf höher ist, wenn der Kraftstoffstand in dem Kraftstofftank höher ist und/oder wenn der Batterieladestatus niedriger ist. In dem Verbrennungsmotormodus können die Fahrzeugräder nur über das Verbrennungsmotordrehmoment von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Ferner kann ein Hilfsmodus ausgewählt werden, wenn das Drehmoment höher als ein Niveau ist, das nur über das Verbrennungsmotordrehmoment bereitgestellt werden kann. In diesem können die Fahrzeugräder über jedes von Elektromotordrehmoment und Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben werden.
  • Bei 306 kann bestätigt werden, dass der Elektromodus ausgewählt wurde. Lautet die Antwort ja, so beinhaltet das Verfahren bei 310 ein Antreiben des Fahrzeugs über das Elektromotordrehmoment. Bei 312 kann während des Betriebs im Elektromodus bestimmt werden, ob eine Änderung der Betriebsbedingungen vorliegt, die eine Umschaltung auf den Verbrennungsmotormodus erfordert. Zum Beispiel kann eine Umschaltung erforderlich sein, wenn der Batterieladestatus unter einen Schwellenwert sinkt und die Batterie aufgeladen werden muss. Ist kein Umschalten auf den Verbrennungsmotormodus erforderlich, so kann das Fahrzeug weiterhin über das Elektromotordrehmoment angetrieben werden. Ansonsten kann die Routine zu 314 übergehen, um den Verbrennungsmotor wieder anzulassen und im Verbrennungsmotormodus zu arbeiten, wie nachstehend beschrieben.
  • Wenn ein Elektromodus nicht bestätigt wurde, so kann bei 308 bestätigt werden, ob der Verbrennungsmotormodus ausgewählt wurde. Lautet die Antwort ja, so beinhaltet das Verfahren bei 314 ein Anziehen des Verbrennungsmotors. Anders formuliert, wird der Verbrennungsmotor aus dem Ruhezustand wiederangelassen. Dies beinhaltet ein Kurbeln des Verbrennungsmotors und Beliefern der Motorzylinder mit Kraftstoff. Insbesondere kann der Verbrennungsmotor während des Anzieh-/Drosselereignisses des Motors gekurbelt und betrieben werden, während ein geringeres Verdichtungsverhältnis herrscht, zumindest, bis eine Motorschwellendrehzahl überschritten wird. Das Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis beinhaltet ein Senden eines Signals durch die Steuerung an ein VCR-Betätigungselement, das an einen VCR-Mechanismus gekoppelt ist, um eine Kolbenposition mechanisch auf eine erste Position zu ändern, in welcher der effektive Hub des Kolbens innerhalb des Zylinders geringer ist. Zum Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis über eine(n) von einer elliptischen Kurbelwellendrehung und einem an einen Kolbenbolzen gekoppelten Exzenter reduziert werden.
  • Bei 316 kann bestimmt werden, ob die Motordrehzahl über einer Schwellendrehzahl liegt. Im vorliegenden Beispiel ist die Schwellendrehzahl eine Fehlerdrehzahl. Dabei kann es sich um eine Drehzahl im unteren Motordrehzahlbereich handeln, in dem die Zyklen der Verdichtung und Ausdehnung des Zylinders das Fahrzeug erregen können, was NVH-Probleme mit sich bringt. Zum Beispiel kann der Fehler im Bereich von 300–500 rpm auftreten. Daher wird der Verbrennungsmotor bei 318 bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten, bis die Fehlerdrehzahl überschritten ist. Das geringere Verdichtungsverhältnis senkt den negativen IMEP in der Verdichtung-Ausdehnung-Schleife, was Drehmomentschwankungen reduziert, die ansonsten aufgrund der Zyklen aus Verdichtung und Ausdehnung des Zylinders, wenn der Verbrennungsmotor die Schwellendrehzahl überschreitet, aufgetreten wären. Zudem kann der Verbrennungsmotor mit einer geringeren Reibung, weniger Wärmeübertragungsverlusten und geringeren Pumpverlusten wiederangelassen werden. Außerdem führt das geringere Verdichtungsverhältnis beim Wiederanlassen des Motors zu einem geringeren Zylinderdruck, was die Kolbenringreibung und Kolbenseitenlasten verringert.
  • Liegt die Motordrehzahl über der Fehlerdrehzahl, so beinhaltet das Verfahren bei 320 ein Umstellen des Verbrennungsmotors auf das höhere Verdichtungsverhältnis. Das Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem höheren Verdichtungsverhältnis beinhaltet ein Senden eines Signals durch die Steuerung an das VCR-Betätigungselement, das an den VCR-Mechanismus gekoppelt ist, um eine Kolbenposition mechanisch auf eine zweite Position zu ändern, in welcher der effektive Hub des Kolbens innerhalb des Zylinders höher ist. Zum Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis über eine(n) von einer elliptischen Kurbelwellendrehung und einem an einen Kolbenbolzen gekoppelten Exzenter erhöht werden.
  • Es versteht sich, dass, während das vorliegende Beispiel zwei unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse für den Verbrennungsmotor (ein erstes, geringeres, und ein zweites, höheres Verdichtungsverhältnis) andeutet, der VCR-Mechanismus in alternativen Beispielen derart betätigt werden kann, dass er den Kolben auf jede beliebige Position zwischen der ersten und zweiten Position bewegen kann, was es ermöglicht, dass der Verbrennungsmotor in jedem beliebigen Verdichtungsverhältnis zwischen und einschließlich dem ersten und zweiten Verdichtungsverhältnis betrieben wird.
  • Ebenfalls bei 320 können Drehmomenttransienten während des Umstellens von dem ersten Verdichtungsverhältnis auf das zweite Verdichtungsverhältnis unter Verwendung des Elektromotordrehmoments ausgeglichen werden. So wird der Batteriestrom verwendet, um Drehmomenttransienten durch das Füllen von Drehmomentlücken auszugleichen, die durch die Änderung des Verdichtungsverhältnisses entstehen. Dies hat weitere Verbesserungen in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz zur Folge, indem die Notwendigkeit zur Spätzündung reduziert wird, die ansonsten erforderlich gewesen wäre, um die Drehmomenttransienten auszugleichen.
  • Bei 322 kann, während das Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotordrehmoment betrieben wird, bestimmt werden, ob der Verbrennungsmotor klopfeingeschränkt ist (oder wahrscheinlich klopfeingeschränkt wird). In einem Beispiel kann eine Klopfanzeige bestimmt werden, wenn die Ausgabe des Klopfsensors (in einem Klopffenster geschätzt) höher als ein Klopfschwellenwert ist. Ist der Motor klopfeingeschränkt, so beinhaltet das Verfahren bei 326 als Reaktion auf die Klopfanzeige ein Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses und Betreiben des Verbrennungsmotors mit geringerem Verdichtungsverhältnis. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor von dem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis auf das erste, geringere Verdichtungsverhältnis geschaltet werden, während der Zündzeitpunkt auf einem Soll-Zeitpunkt gehalten wird, wie etwa einem Spitzendrehmomentzeitpunkt (z. B. bei MBT) oder einem alternativen Zeitpunkt, welcher einem Zeitpunkt für einen optimalen Wirkungsgrad entspricht. Besteht das Klopfen nach wie vor, nachdem das Verdichtungsverhältnis reduziert wurde, so kann der Zündzeitpunkt als Reaktion auf die weitere Klopfanzeige verzögert werden, während der Verbrennungsmotor bei dem ersten, geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten wird. In einem alternativen Beispiel kann die Steuerung als Reaktion auf die ursprüngliche Klopfanzeige das Verdichtungsverhältnis reduzieren, während der Zündzeitpunkt ebenfalls verzögert wird. Daher versteht es sich, dass, wenn sich der Verbrennungsmotor bereits bei dem ersten Verdichtungsverhältnis befand, als die Klopfanzeige empfangen wurde, die Steuerung das Klopfen allein über eine Spätzündung beheben kann. Durch das Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses zum Beheben des Klopfens kann das erforderliche Maß der Spätzündung verringert und damit die Kraftstoffeffizienz verbessert werden.
  • In einem alternativen Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis als Reaktion auf die Klopfanzeige reduziert werden. Die Spätzündung kann während des Umstellens des Verdichtungsverhältnisses angewandt werden, um das Klopfen unmittelbar zu beheben. Anschließend kann der Zündzeitpunkt auf den ursprünglichen Zeitpunkt (z. B. auf MBT) zurückgestellt werden, sobald die Umstellung des Verdichtungsverhältnisses vervollständigt wurde. Hier ist ein geringeres Maß an Spätzündung erforderlich, um das Klopfen zu beheben, wenn das Verdichtungsverhältnis umgestellt wird, als ansonsten erforderlich gewesen wäre, wenn die Spätzündung allein verwendet worden wäre, um das Klopfen zu beheben. In weiteren Beispielen kann eine Motorlast als Reaktion auf die Klopfanzeige reduziert werden (z. B. unmittelbar, jedoch in geringerem Maße), während das Elektromotordrehmoment erhöht wird, sodass das Elektromotordrehmoment (sprich, die Batteriestrom) verwendet wird, um die resultierende Drehmomenttransiente zu beheben und den Fahrerbedarf beizubehalten.
  • Es versteht sich, dass in Ausführungsformen von Verbrennungsmotoren, in denen als Reaktion auf die Klopfanzeige das Verdichtungsverhältnis auf ein beliebiges Verdichtungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichtungsverhältnis variiert werden kann, das Verdichtungsverhältnis auf das geringere Verdichtungsverhältnis reduziert werden kann, während der Zündzeitpunkt beibehalten wird.
  • Während der Umstellung des Verdichtungsverhältnisses (einschließlich der Umstellung von dem ersten Verdichtungsverhältnis auf das zweite Verdichtungsverhältnis sowie der Umstellung von dem zweiten Verdichtungsverhältnis auf das erste Verdichtungsverhältnis) kann der Batteriestrom oder das Elektromotordrehmoment verwendet werden, um Drehmomenttransienten durch das Füllen von Drehmomentlücken auszugleichen, welche durch die Änderung des Verdichtungsverhältnisses entstehen. Das Elektromotordrehmoment kann von einem Energiespeichersystem bezogen werden, das nicht auf eine Batterie beschränkt ist. In einem anderen Beispiel kann das Elektromotordrehmoment eines oder mehrere von einem elektrischem, hydraulischem, Schwungrad- und pneumatischem Elektromotordrehmoment beinhalten. Dies hat weitere Verbesserungen in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz zur Folge, indem die Notwendigkeit zur Spätzündung reduziert wird, die ansonsten erforderlich gewesen wäre, um die Drehmomenttransienten auszugleichen.
  • Ist der Motor nicht klopfeingeschränkt, so beinhaltet das Verfahren bei 324 ein Auswählen eines Verdichtungsverhältnisses zum Betreiben des Verbrennungsmotors, wobei die Auswahl auf Motorbetriebsbedingungen (wie etwa auf Grundlage des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers oder einer Änderung des Bedarfs) beruht und ferner auf dem Batterieladestatus beruht. Wenn die geplante Last (auf Grundlage des Fahrerbedarfs) zum Beispiel unter der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad bezüglich eines höheren Verdichtungsverhältnisses liegt (an der Stelle weist der Motorbetrieb in dem höheren Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu einem Motorbetrieb in dem geringeren Verdichtungsverhältnis eine bessere Kraftstoffeffizienz auf), so kann der Verbrennungsmotor auf ein höheres Verdichtungsverhältnis umgestellt werden. Als ein anderes Beispiel kann der Verbrennungsmotor auf das geringere Verdichtungsverhältnis umgestellt werden, wenn durch den Fahrerbedarf eine hohe Motorlast erforderlich ist und die geplante Last über der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad bezüglich des höheren Verdichtungsverhältnisses liegt (an der Stelle weist der Motorbetrieb in dem geringeren Verdichtungsverhältnis die bessere Kraftstoffeffizienz auf). Wie hier mit Verweis auf 4–6 ausgearbeitet, kann die Steuerung als Reaktion auf eine Änderung des Fahrerbedarfs ein Verdichtungsverhältnis auswählen, indem sie die Vorteile betreffs Kraftstoffeffizienz eines Umstellens des Verdichtungsverhältnisses (von einem bestehenden Verdichtungsverhältnis auf ein anderes Verdichtungsverhältnis, das höher oder geringer sein kann) mit einem Beibehalten des Verdichtungsverhältnisses vergleicht, während jegliche Defizite des Drehmomentbedarfs über Strom von der Systembatterie (sprich, über das Elektromotordrehmoment) behoben werden. Das Auswählen kann auf dem Fahrerbedarf sowie auf dem Batterieladestatus beruhen. Außerdem kann das Auswählen auf dem ursprünglichen Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors, wenn die Änderung des Fahrerbedarfs empfangen wird, beruhen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug mit einer höheren Kraftstoffeffizienz und mit einer reduzierten Häufigkeit des Wechselns des Verdichtungsverhältnisses betrieben werden.
  • Von 324 bzw. 326 geht das Verfahren zu 328 über, wo bestimmt werden kann, ob eine Änderung der Betriebsbedingungen vorliegt, die ein Umschalten in den Elektromodus erforderlich macht. In einem Beispiel kann ein Umschalten in den Elektromodus gewünscht sein, wenn der Drehmomentbedarf des Fahrers unter einem Schwellenwert liegt und/oder wenn der Batterieladestatus hoch genug ist, um den elektrischen Betriebsmodus zu unterstützen. Wird kein Umschalten auf den Elektromodus angefordert, so beinhaltet das Verfahren bei 330 ein Umstellen des Verbrennungsmotors auf das höhere Verdichtungsverhältnis, wenn dies möglich ist (wenn sich der Verbrennungsmotor nach der Abschwächung des Klopfens in dem geringeren Verdichtungsverhältnis befand). Zudem kann der Zündzeitpunkt, wenn der Zündzeitpunkt für die Klopfabschwächung verzögert wurde, auf oder in die Nähe von MBT zurückgestellt werden, so möglich. Während der Umstellung des Verdichtungsverhältnisses können jegliche Drehmomenttransienten unter Verwendung des Elektromotordrehmoments (sprich, unter Verwendung von Batteriestrom) ausgeglichen werden.
  • Wird ein Umschalten auf den Elektromodus angefordert, so beinhaltet das Verfahren bei 332 ein Drosseln des Verbrennungsmotors. Anders formuliert, lässt man den Verbrennungsmotor, ohne Kraftstoffversorgung, in den Ruhezustand auslaufen. Dies beinhaltet eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu den Motorzylindern, während das Fahrzeug unter Verwendung des Elektromotordrehmoments angetrieben wird, welches von dem Elektromotor bezogen wird, der unter Verwendung von Strom von der Systembatterie angetrieben wird. Insbesondere kann der Verbrennungsmotor während der Drosselung des Motors zumindest solange bei dem aktuellen Verdichtungsverhältnis (z. B. dem höheren Verdichtungsverhältnis) gehalten werden, bis er sich der Motorschwellendrehzahl nähert.
  • Bei 334 kann bestimmt werden, ob sich die Motordrehzahl auf die Schwellendrehzahl (sprich, die Verdichtungsfehlerdrehzahl) reduziert hat oder sich dieser nähert. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob sich die Motordrehzahl dem Bereich von 300–500 rpm nähert. Falls nicht, so lässt man den Verbrennungsmotor bei 336 weiterhin auslaufen, während der Verbrennungsmotor in dem höheren Verdichtungsverhältnis gehalten wird. Der Verbrennungsmotor wird bei 338 auf das geringere Verdichtungsverhältnis umgestellt, wenn die Fehlerdrehzahl erreicht ist, sodass der Verbrennungsmotor während der Drosselung des Verbrennungsmotors in dem geringeren Verdichtungsverhältnis den Fehlerbereich überschreitet. Wie zuvor ausgearbeitet, senkt das geringere Verdichtungsverhältnis im unteren Motordrehzahlbereich den negativen IMEP in der Verdichtung/Ausdehnung-Schleife, was Drehmomentschwankungen reduziert, die aufgrund der Zyklen aus Verdichtung und Ausdehnung des Zylinders, wenn der Verbrennungsmotor die Fehlerdrehzahl überschreitet, ansonsten aufgetreten wären. Zudem werden die Kolbenringreibung und Kolbenseitenlasten reduziert.
  • Auf diese Weise kann die Steuerung auf Grundlage von Änderungen des Fahrerbedarfs zwischen einem Antreiben des Fahrzeugs über das Elektromotordrehmoment und das Verbrennungsmotordrehmoment hin und her wechseln, und während des Hin- und Her-Wechselns, wenn die Motordrehzahl bei oder unter der Schwellendrehzahl liegt, kann der Verbrennungsmotor über mechanische Einstellungen auf das geringere Verdichtungsverhältnis umgestellt werden. Somit kann der Verbrennungsmotor in dem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten werden, wenn er im Verlauf eines Drosselereignisses des Motors sowie eines Wiederanlassereignisses des Motors den Fehlerbereich durchschreitet.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung ein Diagramm heranziehen, wie etwa das Beispieldiagramm 500 nach 5, um ein Verdichtungsverhältnis zum Betreiben des Motors auszuwählen. Ausgehend von der Karte kann während Bedingungen, in denen Motordrehzahl und Last gering sind, wie etwa, wenn der Verbrennungsmotor in Bereich 504 des Diagramms arbeitet, das geringere Verdichtungsverhältnis ausgewählt werden. Der Betriebsbereich 504 kann einem Bereich entsprechen, in dem ein Verdichtungsfehler aufgrund von Geräuschen aus Verdichtung/Ausdehnung-Zyklen der Motorkolben bei niedrigen Drehzahlen auftreten kann. In einem Beispiel entspricht der Betriebsbereich 504 einem Drehzahlbereich von 0–500 rpm. Betriebsbedingungen, in denen der Verbrennungsmotor im Bereich 504 (im geringeren Verdichtungsverhältnis) betrieben wird, beinhalten das Wiederanlassen des Motors aus dem Ruhezustand (hier auch als Anziehen des Motors bezeichnet) und das Auslaufenlassen des Motors in den Ruhezustand (hier auch als Drosselung des Motors bezeichnet).
  • Sobald der Bereich 504 durchschritten ist, kann die Steuerung bestimmen, ob die dem Fahrerbedarf entsprechende Motorlast oberhalb oder unterhalb der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad 502 liegt. In einem Beispiel kann die Grenze 502 auf Grundlage vorgegebener Prüfstand-Mappingdaten betreffs Kraftstoffeffizienz für die unterschiedlichen CR-Einstellungen bestimmt werden, wobei die Daten in Tabellen in dem Steueralgorithmus eingegeben werden. Liegt die Motorlast für den jeweiligen Fahrerbedarf über der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad 502, so deutet dies darauf hin, dass das geringere Verdichtungsverhältnis eine größere Kraftstoffeffizienz für den jeweiligen Fahrerbedarf bereitstellen kann. Während einer solchen Bedingung kann die Steuerung den Verbrennungsmotor auf das geringere Verdichtungsverhältnis umstellen. Liegt die Motorlast für den jeweiligen Fahrerbedarf unter der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad 502, so deutet dies darauf hin, dass das höhere Verdichtungsverhältnis eine größere Kraftstoffeffizienz für den jeweiligen Fahrerbedarf bereitstellen kann. Während einer solchen Bedingung kann die Steuerung den Verbrennungsmotor auf das höhere Verdichtungsverhältnis umstellen.
  • Auf diese Weise wird die Verwendung der VCR-Technologie in einem Hybridfahrzeugsystem eingesetzt und optimiert, um Kraftstoffeffizienz und NVH zu verbessern und um Drehmomentschwankungen zu reduzieren, die im Verlauf von Anlass/Stopp-Ereignissen auftreten, und um die Menge der Umstellungen zwischen den CR-Zuständen für ein verbessertes Fahrverhalten und eine verbesserte Lebensdauer des Motors zu reduzieren.
  • Mit Verweis auf 4 wird nun ein beispielhaftes Verfahren 400 zum Auswählen eines Verdichtungsverhältnisses zum Betreiben eines Motors gezeigt, wobei die Auswahl auf dem Bedarf des Fahrzeugführers und einem Ladestatus einer Systembatterie beruht. Das Verfahren ermöglicht es, das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors während ausgewählter Bedingungen aufrechtzuerhalten, in denen Batteriestrom verwendet wird, um eine Drehmomentlücke zu füllen. Infolgedessen wird das häufige Wechseln von Verdichtungsverhältnissen als Reaktion auf Änderungen des Fahrerbedarfs reduziert, während der Verbrennungsmotor auf eine kraftstoffeffizientere Weise betrieben wird.
  • Bei 402 beinhaltet das Verfahren das Schätzen des Fahrerbedarfs. In einem Beispiel kann der Drehmomentbedarf des Fahrers aus einer Position des Fahrzeugführerpedals wie etwa einer Gaspedalposition abgeleitet werden. Bei 404 beinhaltet das Verfahren für den jeweiligen Fahrerbedarf ein Bestimmen von Kraftstoffeffizienz versus Leistung (Motordrehzahl und Last) für eine höhere Verdichtungsverhältnis-Einstellung (wie etwa für das zweite, höhere Verdichtungsverhältnis). Bei 406 beinhaltet das Verfahren für den gleichen Fahrerbedarf ein Bestimmen von Kraftstoffeffizienz versus Leistung (Motordrehzahl und Last) für eine niedrigere Verdichtungsverhältnis-Einstellung (wie etwa für das erste, geringere Verdichtungsverhältnis).
  • Bei 408 beinhaltet das Verfahren ein Auswählen des Verdichtungsverhältnisses, das die höhere Kraftstoffeffizienz aufweist. Zum Beispiel kann für den jeweiligen Fahrerbedarf bestimmt werden, welches Verdichtungsverhältnis einen geringeren absoluten Kraftstoffverbrauch (eine größere Kraftstoffeffizienz) ergibt.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung den bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch (BSFC) des Verbrennungsmotors in Bezug auf jedes Verdichtungsverhältnis vergleichen. Daher lässt sich der BSFC als r/P definieren, wobei r für die Kraftstoffverbrauchsquote in Gramm pro Sekunde (g/s) steht und P für die erzeugte Leistung in Watt steht, wobei es sich um die Motordrehzahl in Radianten pro Sekunde (rad/s) multipliziert mit dem Verbrennungsmotordrehmoment in Newtonmeter (Nm) handelt. Zum Ermitteln des BSFC kann die Steuerung eine Tabelle angegebener Drehmomente für den jeweiligen Drehzahl-Lastpunkt des Verbrennungsmotors heranziehen. Anschließend kann das angegebene Drehmoment mit dem Drehmomentverhältnis (TR) multipliziert werden, das für die Spätzündung erforderlich ist, wobei die Spätzündung in einer Grenzzündungstabelle nachgeschlagen und in Abhängigkeit von Motordrehzahl und -last gespeichert wird. Anschließend kann die Steuerung die abgeleiteten Reibungs- und Pumpverluste subtrahieren. Das resultierende Bremsmoment wird danach mit der Motordrehzahl multipliziert, um die Motorleistung zu bestimmen. Die Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um den Verbrennungsmotor für den Luftmassenstrom, der erforderlich ist, um den Betriebspunkt zu erreichen, bei Stöchiometrie zu halten, wird dann durch die bestimmte Leistung dividiert, um zum BSFC zu gelangen. Die Steuerung kann dann das Verdichtungsverhältnis wählen, das den niedrigeren BFSC als das kraftstoffeffizientere Verdichtungsverhältnis bereitstellt.
  • In einem anderen Beispiel kann die Steuerung ein Diagramm heranziehen, wie etwa die Diagramme von 5–6, um das kraftstoffeffizientere Verdichtungsverhältnis zu identifizieren. Wenn, in Bezug auf 5–6, der Fahrerbedarf einer Motorlast entspricht, welche höher als die Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad 502 (5) oder 602 (6) ist, so deutet dies darauf hin, dass das geringere Verdichtungsverhältnis für den jeweiligen Bedarf kraftstoffeffizient ist. Liegt die Motorlast für den jeweiligen Fahrerbedarf unter der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad 502 (5) oder 602 (6), so deutet dies darauf hin, dass das höhere Verdichtungsverhältnis für den jeweiligen Bedarf kraftstoffeffizienter ist.
  • Bei 410 kann bestimmt werden, ob das ausgewählte Verdichtungsverhältnis von dem Verdichtungsverhältnis abweicht, in welchem der Verbrennungsmotor aktuell arbeitet. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob das ausgewählte Verdichtungsverhältnis das höhere Verdichtungsverhältnis ist, während das aktuelle Verdichtungsverhältnis das geringere Verdichtungsverhältnis ist. Alternativ kann bestimmt werden, ob das ausgewählte Verdichtungsverhältnis das geringere Verdichtungsverhältnis ist, während das aktuelle Verdichtungsverhältnis das höhere Verdichtungsverhältnis ist. Stimmt das aktuelle Verdichtungsverhältnis mit dem ausgewählten Verdichtungsverhältnis überein, das für den jeweiligen Fahrerbedarf kraftstoffeffizienter ist, so beinhaltet das Verfahren bei 412 ein Decken des Fahrerbedarfs unter Verwendung des Verbrennungsmotordrehmoments, während das aktuelle Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird.
  • Weicht das ausgewählte Verdichtungsverhältnis von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors ab, so kann bei 414 bestimmt werden, ob Batteriestrom verwendet werden kann, um das Drehmomentbedarfsdefizit auszugleichen, während das aktuelle Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird. Dies beinhaltet ein Bestimmen eines Drehmomentdefizits/-überschusses, das/der sich aus dem Aufrechterhalten des aktuellen Verdichtungsverhältnisses ergibt, und ferner ein Bestimmen eines Batterieladestatus, der erforderlich ist, um jegliches Drehmomentdefizit unter Verwendung des Elektromotordrehmoments auszugleichen. Ist nicht genügend Batteriestrom vorhanden (wie etwa, wenn der Batterieladestatus unter einer Schwellenladung liegt, oder wenn das Drehmomentdefizit zu hoch ist), so beinhaltet das Verfahren bei 418 ein Umstellen auf das ausgewählte Verdichtungsverhältnis und ein Verwenden des Verbrennungsmotordrehmoments, um den Fahrerbedarf zu decken. Dann endet die Routine.
  • Ist genügend Batteriestrom vorhanden, so beinhaltet das Verfahren bei 416 ein Verwenden des Verbrennungsmotordrehmoments, um das Fahrzeug anzutreiben, während der Verbrennungsmotor in dem aktuellen Verdichtungsverhältnis gehalten wird. Zeitgleich wird das Elektromotordrehmoment (unter Verwendung von Batteriestrom) verwendet, um die Drehmomenttransienten zu kompensieren, welche durch das Aufrechterhalten des Verdichtungsverhältnisses entstehen.
  • Als ein Beispiel kann die Steuerung als Reaktion auf einen Rückgang des Fahrerbedarfs, der empfangen wird, während sich der Verbrennungsmotor in dem geringeren Verdichtungsverhältnis befindet, das geringere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten, während Drehmomenttransienten über die Systembatterie reduziert werden, wenn der Batterieladestatus über einem Schwellenwert liegt. Hier kann die Drehmomenttransiente ein Drehmomentüberschuss sein, der von dem Elektromotor aufgenommen und zum Laden der Batterie verwendet wird. Im Vergleich dazu kann die Steuerung den Verbrennungsmotor auf das höhere Verdichtungsverhältnis umstellen, wenn der Batterieladestatus unter dem Schwellenwert liegt. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs, der empfangen wird, während sich der Verbrennungsmotor in dem höheren Verdichtungsverhältnis befindet, das höhere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten, während Drehmomenttransienten über die Systembatterie reduziert werden, wenn der Batterieladestatus über einem Schwellenwert liegt. Hier kann die Drehmomenttransiente ein Drehmomentdefizit sein, das von dem Elektromotor bereitgestellt wird, während die Batterie entladen wird. Im Vergleich dazu kann die Steuerung den Verbrennungsmotor auf das geringere Verdichtungsverhältnis umstellen, wenn der Batterieladestatus unter dem Schwellenwert liegt. Auf diese Weise werden Kraftstoffeffizienz, Fahrverhalten und Lebensdauer des Motors verbessert, indem das Wechseln des Verdichtungsverhältnisses reduziert wird, während eine geringe Menge an Batteriestrom (Ladung oder Entladung) zugeführt wird, um den Fahrerbedarf zu decken.
  • Bei 420 kann bestimmt werden, ob Bedingungen vorliegen, die es erforderlich machen, dass das Verdichtungsverhältnis umgestellt (z. B. zurückgestellt) wird. Als ein Beispiel beinhaltet dies, dass ein Batteriestromschwellenwert überschritten wird (wie etwa, wenn der Batterieladestatus unter einen niedrigeren Schwellenwert absinkt, bei welchem eine Neuaufladung der Batterie notwendig ist). Als ein anderes Beispiel kann ein Zeitgeber eingestellt werden, wenn die Verwendung des Elektromotordrehmoments (bei 416) initiiert wird, und die Bedingungen für die Umstellung des Verdichtungsverhältnisses können als erfüllt erachtet werden, wenn eine Zeitschwelle (oder Schwellenwertdauer) an dem Zeitgeber überschritten ist. Als ein weiteres Beispiel können die Bedingungen für die Umstellung des Verdichtungsverhältnisses als erfüllt erachtet sein, wenn die Kraftstoffeffizienz des aktuellen Verdichtungsverhältnisses für den aktuellen Fahrerbedarf unter die Kraftstoffeffizienz des anderen Verdichtungsverhältnisses für den aktuellen Fahrerbedarf um mehr als einen Schwellenbetrag sinkt. Sind von diesen Bedingungen eine oder alle erfüllt, so wird der Verbrennungsmotor bei 424 von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis (welches das geringere oder das höhere Verdichtungsverhältnis sein kann) auf das andere Verdichtungsverhältnis (das das höhere bzw. geringere Verdichtungsverhältnis ist) umgestellt. Ansonsten wird das aktuelle Verdichtungsverhältnis bei 422 aufrechterhalten.
  • Ein Beispiel für eine solche Einstellung ist mit Verweis auf 6 dargestellt. Das Diagramm 600 bildet ein Motordrehzahl-Last-Diagramm ab, das für die Auswahl eines kraftstoffeffizienten Verdichtungsverhältnisses herangezogen werden kann. Dabei kann sich der Verbrennungsmotor auf Grundlage eines aktuellen Fahrerbedarfs bei Betriebspunkt 606 in dem Diagramm befinden. Insbesondere kann der Verbrennungsmotor auf Grundlage der Motorlast, die einer Position an (oder knapp unter) der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad 602 entspricht, auf Position 606 mit einem höheren Verdichtungsverhältnis arbeiten (sprich, der VCR-Mechanismus wird auf eine Position betätigt, in welcher das Verdichtungsverhältnis höher ist). Als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs (wie etwa aufgrund einer Pedalbetätigung des Fahrzeugführers, während sich der Verbrennungsmotor in dem höheren Verdichtungsverhältnis befindet) kann der Verbrennungsmotor zu Betriebspunkt 604 übergehen. Daher kann das Fahrzeug bei einer jeweiligen Fahrzeugdrehzahl und einem jeweiligen Zahnradgetriebe arbeiten, und zwar mit verriegelter Drehmomentwandlerkupplung. Demnach kann die Motordrehzahl feststehend bleiben. Daher kann der Radleistungsbedarf des Fahrers als Reaktion auf die zunehmende Pedaleingabe von Betriebspunkt 606 zu Betriebspunkt 604 übergehen, während die Drehzahl 620 beibehalten wird. Daher wird der Verbrennungsmotor, wenn der Verbrennungsmotor verwendet wird, um bei Betriebspunkt 604 eine Radleistung zu liefern, über die Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad 602 gebracht, was ansonsten eine Umstellung des Verbrennungsmotors auf das geringere Verdichtungsverhältnis auslösen würde (sprich, der Mechanismus zum Einstellen der Kolbenposition würde auf eine Position betätigt werden, auf welcher der Hubraum kleiner ist). Anstelle eines Wechselns der Verdichtungsverhältnisse lässt sich die Kraftstoffeffizienz allerdings auch durch ein Halten des Verbrennungsmotors in dem höheren Verdichtungsverhältnis verbessern, indem der Verbrennungsmotor zu Betriebspunkt 606 geregelt wird, während über das Elektromotordrehmoment/den Batteriestrom ein zusätzliches Drehmoment geliefert wird, das/der einer Differenz im Fahrerbedarf entspricht, die hier bei 608 abgebildet ist.
  • In einem alternativen (nicht gezeigten) Beispiel kann der Verbrennungsmotor auf Grundlage des aktuellen Fahrerbedarfs mit einer Motorlast, die einer Position oberhalb der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad entspricht, und damit bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis arbeiten. Als Reaktion auf einen Rückgang des Fahrerbedarfs (wie etwa aufgrund einer Pedalfreigabe durch den Fahrzeugführer, während sich der Verbrennungsmotor in dem geringeren Verdichtungsverhältnis befindet) kann der Verbrennungsmotor zu einem Betriebspunkt unterhalb der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad übergehen. Daher kann das Fahrzeug bei einer jeweiligen Fahrzeugdrehzahl und einem jeweiligen Zahnradgetriebe arbeiten, und zwar mit gesperrter Drehmomentwandlerkupplung. Demnach kann die Motordrehzahl feststehend bleiben. Als Reaktion auf die abnehmende Pedaleingabe kann der Verbrennungsmotor zu einem Betriebspunkt unterhalb der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad übergehen, was ansonsten eine Umstellung des Verbrennungsmotors auf das höhere Verdichtungsverhältnis auslösen würde. Anstelle eines Wechselns der Verdichtungsverhältnisse lässt sich die Kraftstoffeffizienz allerdings auch durch ein Halten des Verbrennungsmotors in dem geringeren Verdichtungsverhältnis verbessern, indem ein Drehmoment an dem Elektromotor aufgenommen (sprich, Batterieladeenergie erzeugt) wird, das/die einer Differenz im Fahrerbedarf entspricht.
  • Auf diese Weise kann ein Hybridelektrofahrzeug über einen Verbrennungsmotor bei einem ersten Verdichtungsverhältnis, das auf Grundlage des Fahrerbedarfs ausgewählt wird, angetrieben werden, und als Reaktion auf eine Änderung des Fahrerbedarfs kann eine Motorsteuerung jeweils auf Grundlage der Änderung des Fahrerbedarfs und eines Batterieladestatus eine Auswahl zwischen einem Aufrechterhalten des ersten Verdichtungsverhältnisses und einem Umschalten auf ein zweites, anderes (höheres oder geringeres) Verdichtungsverhältnis treffen. Das Treffen der Auswahl kann ferner auf der Motordrehzahl beruhen, wobei ein geringeres von dem ersten und zweiten Verdichtungsverhältnis ausgewählt wird, wenn die Motordrehzahl unter einer Schwellendrehzahl liegt, während der Verbrennungsmotor in den Ruhezustand ausläuft oder der Verbrennungsmotor aus dem Ruhezustand anläuft.
  • In Bezug auf 7 sind in Diagramm 700 beispielhafte Einstellungen des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors während des Betriebs eines Hybridelektrofahrzeugs dargestellt. Das Diagramm 700 bildet ab: Änderungen einer Position des Fahrzeugführerpedals (PP) bei Verlauf 702, die Klopfsensorausgabe bei Verlauf 704, die Motordrehzahl bei Verlauf 706, Änderungen des Verdichtungsverhältnisses bei Verlauf 708, einen Batterieladestatus (SOC) bei Verlauf 710 und die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors (aktiviert oder deaktiviert) bei Verlauf 712. Alle Verläufe sind gegen die Zeit (entlang der X-Achse) dargestellt. Wesentliche Zeitpunkte während des Fahrzeugbetriebs sind bei t1–t9 dargestellt.
  • Vor t1 arbeitet das Hybridfahrzeug in einem Elektromodus, in dem die Fahrzeugräder unter Verwendung des Elektromotordrehmoments angetrieben werden. In einem Beispiel erfolgt der Fahrzeugbetrieb im Elektromodus als Reaktion auf einen geringeren Fahrerbedarf (Verlauf 702). Da das Fahrzeug unter Verwendung des Elektromotordrehmoments angetrieben wird, wird die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors deaktiviert (Verlauf 712), und der SOC der Batterie kann stufenweise abnehmen (da Batteriestrom entzogen wird, um das Elektromotordrehmoment bereitzustellen).
  • Bei t1 kann das Fahrzeug als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs (zum Beispiel während einer Betätigung des Gaspedals) in den Verbrennungsmotormodus überführt werden, sodass das Verbrennungsmotordrehmoment verwendet werden kann, um das Fahrzeug anzutreiben und den Fahrerbedarf zu decken. Aufgrund des Antriebs des Fahrzeugs unter Verwendung des Verbrennungsmotordrehmoments wird die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors aktiviert, und der SOC der Batterie kann stabil bleiben. Insbesondere wird der Verbrennungsmotor bei t1 wiederangelassen oder angezogen. Um Pumpverluste während des Wiederanlassens zu reduzieren, kann der Verbrennungsmotor über mechanische Einstellungen in dem geringeren Verdichtungsverhältnis wiederangelassen werden (Verlauf 708). Zwischen t1 und t2 wird das geringere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten, während der Verbrennungsmotor unter Kraftstoffversorgung anläuft und einen Fehlerdrehzahlbereich durchschreitet. Bei t2 kann der Verbrennungsmotor, sobald die Fehlerdrehzahl 707 durchschritten ist, über mechanische Einstellungen auf das höhere Verdichtungsverhältnis umgestellt werden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
  • Zwischen t2 und t3 kann sich die Motorlast, auf Grundlage des Fahrerbedarfs, in einem Bereich befinden, in dem das höhere Verdichtungsverhältnis kraftstoffeffizienter ist (z. B. liegt die Motorlast über einer Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad, die nicht dargestellt ist). Dementsprechend wird das höhere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten.
  • Knapp vor t3 kann der Fahrerbedarf weiter ansteigen, und dementsprechend kann der Verbrennungsmotor in einen Bereich mit höherer Drehzahl-Last übergehen. Bei t3 kann als Reaktion auf den weiteren Anstieg des Fahrerbedarfs ein Motorklopfen auftreten, wie durch das Klopfsensorsignal (in einem Klopffenster geschätzt) angezeigt, das eine Klopfschwelle (Knk_Thr) überschreitet. Als Reaktion auf die Klopfanzeige kann das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors unmittelbar auf das geringere Verdichtungsverhältnis überführt werden, um ein weiteres Auftreten von Klopfen zu reduzieren. Die geringere Verdichtung wird dann für eine bestimmte Dauer gehalten, bis die Klopfanzeige nachlässt (z. B., bis das Motorklopfsignal für eine bestimmte Dauer unter der Klopfschwelle bleibt), woraufhin das höhere Verdichtungsverhältnis wiederaufgenommen werden kann, da der Verbrennungsmotor weiterhin in einem Bereich betrieben wird, in welchem das höhere Verdichtungsverhältnis kraftstoffeffizienter ist.
  • Bei t4 kann der Verbrennungsmotor als Reaktion auf einen Rückgang des Fahrerbedarfs (wie etwa aufgrund eines Pedalfreigabeereignisses durch den Fahrzeugführer) abgeschaltet (oder gedrosselt) werden, und das Fahrzeug kann unter Verwendung des Elektromotordrehmoments angetrieben werden. Dementsprechend wird die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors deaktiviert, und der Verbrennungsmotor kann damit beginnen, ohne Kraftstoffversorgung in den Ruhezustand zu laufen. Zudem kann es sein, dass der Batterie-SOC zwischen t4 und 5 zu sinken beginnt, da das Elektromotordrehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird. Zum Reduzieren von Pumpverlusten während der Drosselung kann der Verbrennungsmotor auf das geringere Verdichtungsverhältnis umgestellt werden, kurz bevor die Motordrehzahl die Fehlerdrehzahl 707 erreicht. Zwischen t4 und t5 wird das geringere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten, während der Verbrennungsmotor ohne Kraftstoffversorgung ausläuft und den Fehlerdrehzahlbereich durchschreitet.
  • So wie bei t1 kann der Verbrennungsmotor bei t5 als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs wiederangelassen werden, die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors kann fortgesetzt werden und das Fahrzeug kann mit dem Elektromotordrehmoment angetrieben werden. So wie während des vorherigen Wiederanlassens kann der Verbrennungsmotor in dem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten werden, bis die Fehlerdrehzahl 707 überschritten ist, woraufhin der Verbrennungsmotor auf das (für den jeweiligen Fahrerbedarf) kraftstoffeffizientere höhere Verdichtungsverhältnis umgestellt wird.
  • Bei t6 kann, während der Verbrennungsmotor in dem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben wird, aufgrund einer Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer ein Anstieg des Fahrzeugführer-/Fahrerbedarfs vorliegen. Insbesondere kann der Anstieg des Fahrerbedarfs die Motorlast (nicht dargestellt) über eine Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad befördern. Im Grunde hätte dies einen Übergang des Verbrennungsmotors zu dem geringeren Verdichtungsverhältnis ausgelöst. Im vorliegenden Beispiel jedoch wird eine höhere Kraftstoffeffizienz erreicht, indem der Verbrennungsmotor als Reaktion auf den Anstieg des Fahrerbedarfs in dem höheren Verdichtungsverhältnis gehalten wird, während das transiente Drehmomentdefizit (das durch das Halten in dem höheren Verdichtungsverhältnis entsteht) unter Verwendung des Elektromotordrehmoments ausgeglichen wird, wie durch den resultierenden Rückgang des Batterie-SOC angezeigt (sprich, die Batterie entlädt Energie). Der Verbrennungsmotor wird in dem höheren Verdichtungsverhältnis gehalten, während das Elektromotordrehmoment verwendet wird, um die Transienten zwischen t6 und t7 auszugleichen. Bei t7 erreicht der Batterie-SOC eventuell einen unteren Schwellenwert und es ist eventuell nicht möglich, Batteriestrom zu verwenden, um das Drehmomentdefizit auszugleichen. Dementsprechend wird der Verbrennungsmotor bei t7 auf das geringere Verdichtungsverhältnis gebracht.
  • Während der Verbrennungsmotor in dem geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben wird, kann bei t8 ein Rückgang des Fahrzeugführer-/Fahrerbedarfs aufgrund einer Pedalfreigabe durch den Fahrzeugführer vorliegen. Insbesondere kann der Rückgang des Fahrerbedarfs die Motorlast (nicht dargestellt) unter eine Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad überführen. Im Grunde hätte dies einen Übergang des Verbrennungsmotors zu dem höheren Verdichtungsverhältnis ausgelöst. Im vorliegenden Beispiel jedoch wird eine höhere Kraftstoffeffizienz erreicht, indem der Verbrennungsmotor als Reaktion auf den Rückgang des Fahrerbedarfs in dem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten wird, während die transiente Drehmomentdifferenz (hier ein überschüssiges Drehmoment, das durch das Halten in dem geringeren Verdichtungsverhältnis entsteht) unter Verwendung des Elektromotordrehmoments ausgeglichen wird, wie durch den resultierenden Anstieg des Batterie-SOC angezeigt (sprich, die Batterie lädt Energie). Der Verbrennungsmotor wird in dem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten, während sich die Batterie zwischen t8 und t9 befindet. Bei t9 kann bestimmt werden, dass seit dem Aufrechterhalten des Verdichtungsverhältnisses als Reaktion auf den Anstieg des Fahrerbedarfs (bei t8) eine Schwellenzeit verstrichen ist. Dementsprechend wird der Verbrennungsmotor bei t9 auf das höhere Verdichtungsverhältnis zurückgeführt.
  • Nach t9 kann der Verbrennungsmotor in dem höheren Verdichtungsverhältnis gehalten werden, da der Fahrerbedarf einer Motorlast entspricht, die unter der Lastgrenze für einen optimalen Wirkungsgrad liegt, wobei das höhere Verdichtungsverhältnis die kraftstoffeffizientere Option ist.
  • Auf diese Weise lassen sich Verluste in der Kraftstoffeffizienz in einem Hybridfahrzeugsystem aufgrund eines häufigen Anziehens und Drosselns des Motors (wie etwa bei einer Stadtfahrt) reduzieren. Indem mechanische Einstellungen für eine Kolbenpositionierung innerhalb eines Zylinders verwendet werden, um das Verdichtungsverhältnis während des Anziehens und Drosselns des Motors wahlweise zu senken, werden Reibung, Pumpverluste und damit verbundene NVH-Probleme verringert. Zudem werden die Drehmomentschwankungen, die im unteren Drehzahlbereich aufgrund von Zyklen aus Verdichtung und Ausdehnung auftreten, reduziert. Indem das Elektromotordrehmoment verwendet wird, um einen Fahrerbedarf bereitzustellen, während ein jeweiliges Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird, wird ein häufiges Wechseln zwischen verschiedenen Verdichtungsverhältniseinstellungen reduziert, selbst dann, wenn sich eine Position des Fahrzeugführerpedals häufig ändert oder schwankt oder übersteigert ist. Folglich kann, selbst wenn die Motorlast übermäßig zwischen dem optimalen Bereich verschiedener Verdichtungsverhältnisse schwankt, die Kraftstoffeffizienz verbessert werden, indem eine effizientere VCR-Einstellung beibehalten wird, während eine geringe Menge an Batteriestromladung oder -entladung angewendet wird, um den Fahrerbedarf zu decken. Insgesamt werden betreffs Kraftstoffeffizienz Synergieeffekte erzielt, indem die VCR-Technologie in das Hybridfahrzeugsystem integriert wird.
  • Ein beispielhaftes Verfahren für ein Hybridfahrzeug umfasst: Wechseln zwischen einem Antreiben des Fahrzeugs über ein Elektromotordrehmoment und ein Verbrennungsmotordrehmoment als Reaktion auf den Fahrerbedarf; und, während des Wechselns, wenn die Motordrehzahl bei oder unter einer Schwellendrehzahl liegt, Umstellen des Verbrennungsmotors auf ein geringeres Verdichtungsverhältnis. In dem vorstehenden beispielhaften Verfahren beinhaltet das Wechseln zusätzlich oder optional, als Reaktion auf einen Rückgang des Fahrerbedarfs, ein Wechseln von einem Antreiben des Fahrzeug über das Verbrennungsmotordrehmoment (von einem Verbrennungsmotor) zu einem Antreiben über das Elektromotordrehmoment während eines Drosselereignisses des Motors, und, als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs, ein Wechseln von dem Antreiben des Fahrzeugs über das Elektromotordrehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs über das Verbrennungsmotordrehmoment während eines Wiederanlassereignisses des Motors, wobei das Elektromotordrehmoment eines oder mehrere von einem elektrischen, hydraulischen, pneumatischen und Schwungrad-Elektromotordrehmoment beinhaltet, das von einem Energiespeichersystem bezogen wird. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele entspricht die Schwellendrehzahl zusätzlich oder optional einer Motordrehzahl, bei welcher Drehmomentschwankungen von Verdichtung/Ausdehnung-Zyklen des Verbrennungsmotors ein NVH verursachen, das über einem Schwellenwert liegt (sprich, bei welcher sich ein Verdichtungsfehler bildet). In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner während des Wechselns ein Reduzieren von Drehmomenttransienten unter Verwendung des Elektromotordrehmoments aus dem Energiespeichersystem. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Energiespeichersystem eine Systembatterie. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, wenn das Fahrzeug über das Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben wird, ein Umstellen des Verbrennungsmotors auf ein höheres Verdichtungsverhältnis, nachdem die Motordrehzahl die Schwellendrehzahl überschritten hat. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Umstellen auf das geringere Verdichtungsverhältnis zusätzlich oder optional ein Betätigen eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis (VCR) auf eine erste Position, und wobei das Umstellen auf das höhere Verdichtungsverhältnis ein Betätigen des VCR-Mechanismus auf eine zweite Position beinhaltet, wobei der Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis einen von einem Kolbenpositionsänderungsmechanismus und einem Zylinderkopfvolumenänderungsmechanismus beinhaltet, wobei der Kolbenpositionsänderungsmechanismus eine(n) von einer elliptischen Kurbelwellendrehung, einem an einen Kolbenbolzen gekoppelten Exzenter, einem Kolbenoberteil mit variabler Höhe, einem Kupplungsstab mit variabler Länge und einer nicht herkömmlichen Kurbelgetriebeverbindung beinhaltet. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, als Reaktion auf eine Klopfanzeige, ein Betreiben mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis, während der Zündzeitpunkt auf einem Spitzendrehmomentzeitpunkt gehalten wird, und, als Reaktion auf eine weitere Klopfanzeige, ein Verzögern des Zündzeitpunkts, während das geringere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird, oder ein Reduzieren von Motorlast/-drehmoment, während das Elektromotordrehmoment erhöht wird. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, während das geringere Verdichtungsverhältnis vorliegt, als Reaktion auf einen Rückgang des Fahrerbedarfs, ein Aufrechterhalten des geringeren Verdichtungsverhältnisses, während Drehmomenttransienten über das Energiespeichersystem (wie etwa die Batterie) reduziert werden, wenn ein Ladestatus des Energiespeichersystems über einem Schwellenwert liegt; und ein Umstellen auf das höhere Verdichtungsverhältnis, wenn der Ladestatus unter dem Schwellenwert liegt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, während das höhere Verdichtungsverhältnis vorliegt, als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs, ein Aufrechterhalten des höheren Verdichtungsverhältnisses, während Drehmomenttransienten über das Energiespeichersystem (wie etwa die Systembatterie) reduziert werden, wenn der Ladestatus über dem Schwellenwert liegt; und ein Umstellen auf das geringere Verdichtungsverhältnis, wenn der Ladestatus unter dem Schwellenwert liegt.
  • Ein anderes beispielhaftes Verfahren für ein Hybridfahrzeug umfasst: ein Antreiben des Fahrzeugs über einen Verbrennungsmotor bei einem ersten Verdichtungsverhältnis, das auf Grundlage des Fahrerbedarfs ausgewählt wird; und, als Reaktion auf eine Änderung des Fahrerbedarfs, ein Auswählen zwischen einem Aufrechterhalten des ersten Verdichtungsverhältnisses und einem Umschalten auf ein zweites, anderes Verdichtungsverhältnis jeweils auf Grundlage der Änderung des Fahrerbedarfs und eines Batterieladestatus. In dem vorstehenden beispielhaften Verfahren umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional, wenn das erste Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird, ein Kompensieren eines Defizits des Fahrerbedarfs über das Elektromotordrehmoment von einem an die Batterie gekoppelten Elektromotor. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional: das erste Verdichtungsverhältnis ist geringer als das zweite Verdichtungsverhältnis, die Änderung des Fahrerbedarfs ist ein Rückgang des Fahrerbedarfs, und wobei das Auswählen ein Umstellen auf das zweite Verdichtungsverhältnis beinhaltet, wenn der Batterieladestatus unter einem Schwellenwert liegt, und ein Aufrechterhalten des ersten Verdichtungsverhältnisses, wenn der Batterieladestatus über dem Schwellenwert liegt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beruht das Auswählen zusätzlich oder optional ferner auf der Motordrehzahl, wobei ein geringeres von dem ersten und zweiten Verdichtungsverhältnis ausgewählt wird, wenn die Motordrehzahl während eines Auslaufens des Motors in den Ruhezustand und eines Anlaufens des Motors aus dem Ruhezustand unter einer Schwellendrehzahl liegt, und wobei die Schwellendrehzahl eine Fehlerdrehzahl ist, bei welcher der Verbrennungsmotor eine Resonanz unterläuft, die mit einem Verdichtung/Ausdehnung-Zyklus des Verbrennungsmotors verbunden ist. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional: das erste Verdichtungsverhältnis ist höher als das zweite Verdichtungsverhältnis, die Änderung des Fahrerbedarfs ist ein Anstieg des Fahrerbedarfs, und wobei das Auswählen ein Umstellen auf das zweite Verdichtungsverhältnis beinhaltet, wenn der Batterieladestatus unter einem Schwellenwert liegt, und ein Aufrechterhalten des ersten Verdichtungsverhältnisses, wenn der Batterieladestatus über dem Schwellenwert liegt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional, als Reaktion auf eine Klopfanzeige, ein Umstellen des Verbrennungsmotors auf das geringere Verdichtungsverhältnis. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional: in dem geringeren von dem ersten und zweiten Verdichtungsverhältnis befindet sich ein Kolben in jedem Motorzylinder in einer (ersten) Position, in welcher ein Volumen zwischen dem Kolben und einem Zylinderkopf höher ist, und wobei sich der Kolben in dem höheren von dem ersten und zweiten Verdichtungsverhältnis in einer (zweiten) Position befindet, in der das Volumen zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf geringer ist, und wobei das Umschalten ein Betätigen eines Kolbenpositionsänderungsmechanismus beinhaltet.
  • Ein anderes beispielhaftes Hybridfahrzeugsystem umfasst: einen über eine Batterie betriebenen Elektromotor; einen einen Zylinder beinhaltenden Verbrennungsmotor; einen Mechanismus für ein kolbenvariables Verdichtungsverhältnis zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors über eine mechanische Änderung einer Kolbenposition innerhalb des Zylinders; Fahrzeugräder, die über einen oder mehrere von einem Elektromotordrehmoment und einem Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben werden; einen Pedalpositionssensor zum Empfangen eines Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers; und eine Steuerung. Die Steuerung kann mit computerlesbaren Anweisungen für Folgendes ausgelegt sein, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind: als Reaktion auf einen Anstieg des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Elektromotordrehmoment angetrieben werden, Anlaufen des Verbrennungsmotors, unter Kraftstoffversorgung, aus dem Ruhezustand, während der Verbrennungsmotor bei einem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten wird, bis eine Motorschwellendrehzahl erreicht ist, und anschließendes Umstellen des Verbrennungsmotors auf ein höheres Verdichtungsverhältnis; und als Reaktion auf einen Anstieg des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben werden, Halten des Verbrennungsmotors bei dem höheren Verdichtungsverhältnis, bis ein Batterieladestatus unter einem Schwellenwert liegt, und anschließendes Umstellen auf das geringere Verdichtungsverhältnis. In dem vorstehenden beispielhaften System beinhaltet die Steuerung ferner zusätzlich oder optional Anweisungen für Folgendes: Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem ersten Verdichtungsverhältnis, indem der VCR-Mechanismus in eine erste Position betätigt wird, in welcher der Kolben einen kleineren effektiven Hub aufweist; und Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem zweiten Verdichtungsverhältnis, indem der VCR-Mechanismus in eine zweite, andere Position betätigt wird, in der der Kolben einen größeren effektiven Hub aufweist. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung ferner zusätzlich oder optional Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf einen Rückgang des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Verbrennungsmotordrehmoment mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis angetrieben werden, Halten des Verbrennungsmotors bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis, bis der Batterieladestatus unter dem Schwellenwert liegt, und anschließendes Umstellen auf ein höheres Verdichtungsverhältnis. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das System ferner zusätzlich oder optional einen an einen Motorblock gekoppelten Klopfsensor, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Anzeigen eines Motorklopfens auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors; und, als Reaktion auf die Klopfanzeige, Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis, während der Zündzeitpunkt auf einem Soll-Zeitpunkt (wie etwa einem Spitzendrehmomentzeitpunkt) gehalten wird, wobei der Soll-Zeitpunkt einem Zeitpunkt für einen optimalen Wirkungsgrad entspricht. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen zum Verzögern des Zündzeitpunkts, während das geringere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird, als Reaktion auf eine weitere Klopfanzeige.
  • Es ist zu beachten, dass die hier beinhalteten beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuerungssystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Betätigungselementen und anderer Motorhardware beinhaltet. Die konkreten hier beschriebenen Routinen können für eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien stehen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Daher können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Verarbeitung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, je nach konkret eingesetzter Strategie. Weiterhin können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch für Code stehen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuerungssystem zu programmieren ist, in dem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I-4, I-6, V-12, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten dahingehend verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen aufweisen, werden ferner als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung beinhaltet betrachtet.
  • 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
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Claims (10)

  1. Verfahren für ein Hybridfahrzeug, umfassend: Wechseln zwischen einem Antreiben des Fahrzeugs über ein Elektromotordrehmoment und einem Verbrennungsmotordrehmoment als Reaktion auf einen Fahrerbedarf; und während des Wechselns und als Reaktion darauf, ob die Motordrehzahl bei oder unter einer Schwellendrehzahl liegt, Umstellen eines Verbrennungsmotors auf ein geringeres Verdichtungsverhältnis.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wechseln, als Reaktion auf einen Rückgang des Fahrerbedarfs, ein Wechseln von dem Antreiben des Fahrzeugs über das Verbrennungsmotordrehmoment zu einem Antreiben über das Elektromotordrehmoment während eines Drosselereignisses des Motors, und, als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs, ein Wechseln von dem Antreiben des Fahrzeug über das Elektromotordrehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs über das Verbrennungsmotordrehmoment während eines Wiederanlassereignisses des Motors beinhaltet, wobei das Elektromotordrehmoment eines oder mehrere von einem elektrischen, hydraulischen, pneumatischen und Schwungrad-Elektromotordrehmoment beinhlatet, das von einem Energiespeichersystem bezogen wird, und wobei die Schwellendrehzahl einer Motordrehzahl, bei welcher Drehmomentschwankungen von Verdichtung/Ausdehnung-Zyklen des Verbrennungsmotors ein NVH verursachen, das über einem Schwellenwert liegt, entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: wenn das Fahrzeug über das Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben wird, Umstellen des Verbrennungsmotors auf ein höheres Verdichtungsverhältnis, nachdem die Motordrehzahl die Schwellendrehzahl überschritten hat; und Während des Wechselns, Reduzieren von Drehmomenttransienten unter Verwendung des Elektromotordrehmoments von dem Energiespeichersystem.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Umstellen auf das geringere Verdichtungsverhältnis ein Betätigen eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis auf eine erste Position beinhaltet, und wobei das Umstellen auf das höhere Verdichtungsverhältnis ein Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis auf eine zweite Position beinhaltet, wobei der Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis einen von einem Kolbenpositionsänderungsmechanismus und einem Zylinderkopfvolumenänderungsmechanismus beinhaltet, wobei der Kolbenpositionsänderungsmechanismus eine(n) von einer elliptischen Kurbelwelle, einem an einen Kolbenbolzen gekoppelten Exzenter, einem Kolbenoberteil mit variabler Höhe, einem Kupplungsstab mit variabler Länge und einer nicht herkömmlichen Kurbelgetriebeverbindung beinhaltet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: während das geringere Verdichtungsverhältnis vorliegt, als Reaktion auf einen Rückgang des Fahrerbedarfs: Aufrechterhalten des geringeren Verdichtungsverhältnisses, während Drehmomenttransienten über das Energiespeichersystem reduziert werden, wenn ein Ladezustand über einem Schwellenwert liegt; und Umstellen auf das höhere Verdichtungsverhältnis, wenn der Ladezustand unter dem Schwellenwert liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: während das höhere Verdichtungsverhältnis vorliegt, als Reaktion auf einen Anstieg des Fahrerbedarfs: Aufrechterhalten des höheren Verdichtungsverhältnisses, während Drehmomenttransienten über die Systembatterie reduziert werden, wenn der Ladezustand über dem Schwellenwert liegt; und Umstellen auf das geringere Verdichtungsverhältnis, wenn der Ladezustand unter dem Schwellenwert liegt.
  7. Hybridfahrzeugsystem, umfassend: einen über ein Energiespeichersystem betriebenen Elektromotor; einen einen Zylinder beinhaltenden Verbrennungsmotor; einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis (VCR) zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors über eine mechanische Änderung einer Kolbenposition innerhalb des Zylinders; Fahrzeugräder, die über einen oder mehrere von dem Elektromotordrehmoment und dem Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben werden; einen Pedalpositionssensor zum Empfangen eines Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf einen Anstieg des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Elektromotordrehmoment angetrieben werden, Anlaufen des Verbrennungsmotors aus dem Ruhezustand, während der Verbrennungsmotor bei einem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten wird, bis eine Motorschwellendrehzahl erreicht ist, und anschließendes Umschalten des Verbrennungsmotors auf ein höheres Verdichtungsverhältnis; und als Reaktion auf einen Anstieg des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben werden, Halten des Verbrennungsmotors bei dem höheren Verdichtungsverhältnis, bis ein Ladezustand des Energiespeichersystems unter einem Schwellenwert liegt, und anschließendes Umstellen auf das geringere Verdichtungsverhältnis.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Betreiben des Verbrennungsmotors bei dem höheren Verdichtungsverhältnis durch Betätigen des VCR-Mechanismus in eine Position, in welcher der Zylinder einen geringeren Schadraum aufweist; und Betreiben des Verbrennungsmotors bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis durch Betätigen des VCR-Mechanismus in eine zweite, andere Position, in der der Zylinder einen größeren Schadraum aufweist.
  9. System nach Anspruch 7, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: als Reaktion auf einen Rückgang des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers, der empfangen wird, während die Fahrzeugräder über das Verbrennungsmotordrehmoment mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis angetrieben werden, Halten des Verbrennungsmotors bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis, bis der Batterieladestatus unter dem Schwellenwert liegt, und anschließendes Umstellen auf ein höheres Verdichtungsverhältnis.
  10. System nach Anspruch 7, ferner umfassend einen an einen Motorblock gekoppelten Klopfsensor, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Anzeigen von Motorklopfen auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors; als Reaktion auf die Klopfanzeige, Betreiben des Verbrennungsmotors mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis, während der Zündzeitpunkt auf einem Soll-Zeitpunkt gehalten wird; und als Reaktion auf eine weitere Klopfanzeige, Verzögern des Zündzeitpunkts, während das geringere Verdichtungsverhältnis aufrechterhalten wird.
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