Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridkraftfahrzeuges mit einem Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor sowie eine Antriebsbatterie für den Elektromotor aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridkraftfahrzeug. The invention relates to a method for operating a hybrid motor vehicle with a drive train, wherein the drive train has an internal combustion engine and an electric motor and a drive battery for the electric motor. Furthermore, the invention relates to a hybrid motor vehicle.
Aus der US 2016/0082949 A1 ist ein Hybridkraftfahrzeug mit einem Dieselmotor und einem Elektromotor bekannt. From the US 2016/0082949 A1 is a hybrid motor vehicle with a diesel engine and an electric motor known.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zum Betreiben eines Hybridkraftfahrzeuges einen Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor sowie eine Antriebsbatterie für den Elektromotor aufweist, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsmoment erzeugt, wobei,
- a) falls eine Abgastemperatur des Verbrennungsmotors kleiner ist als eine Grenztemperatur oder
falls ein Ladungszustand der Antriebsbatterie kleiner ist als ein Grenzladungszustand,
ein Motormoment des Verbrennungsmotors erzeugt wird, welches größer ist als das Antriebsmoment, und dem Elektromotor die Differenz zwischen dem Antriebsmoment und dem Motormoment des Verbrennungsmotors zugeführt wird,
- b) falls eine Leistungsanforderung kleiner ist als eine Grenzleistungsanforderung, das Motormoment des Verbrennungsmotors auf null gesetzt wird,
- c) falls ein Fahrerwunschmoment größer ist als ein Volllastmoment und/oder ein Maximalmoment des Verbrennungsmotors und die Leistungsanforderung kleiner ist als eine Maximalleistung oder
falls die Differenz zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem Antriebsmoment größer ist als ein Grenzwunschmoment,
das Motormoment des Verbrennungsmotors und das Motormoment des Elektromotors größer null eingestellt werden, und
- d) falls die Bedingungen zu a) bis c) nicht erfüllt sind, das Motormoment des Elektromotors auf null gesetzt wird.
According to the invention, the method for operating a hybrid motor vehicle comprises a drive train, the drive train having an internal combustion engine and an electric motor and a drive battery for the electric motor, wherein the drive train generates a drive torque, wherein - a) if an exhaust gas temperature of the internal combustion engine is smaller than a threshold temperature or if a charge state of the drive battery is smaller than a limit charge state, an engine torque of the internal combustion engine is generated which is greater than the drive torque, and the electric motor, the difference between the drive torque and the engine torque of the Internal combustion engine is supplied
- b) if a power demand is less than a threshold power demand, the engine torque of the internal combustion engine is set to zero,
- c) if a driver's desired torque is greater than a full load torque and / or a maximum torque of the internal combustion engine and the power requirement is less than a maximum power or if the difference between the driver's desired torque and the drive torque is greater than a limit desired torque, the engine torque of the engine and the engine torque of the electric motor greater than zero, and
- d) if the conditions for a) to c) are not met, the engine torque of the electric motor is set to zero.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht Emissionen im Allgemeinen und Stickoxidemissionen sowie Ruß im Speziellen zu verringern und die Effizienz, also den Wirkungsgrad, des Hybridkraftfahrzeuges zu steigern. The inventive method allows emissions in general and nitrogen oxide emissions and soot in particular to reduce and to increase the efficiency, ie the efficiency of the hybrid motor vehicle.
Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, wenn als Verbrennungsmotor ein Dieselmotor verwendet wird, obgleich unter Verbrennungsmotor nicht nur eine mittels Dieselkraftstoff betriebene, sondern auch mittels Benzin oder Gas betriebene Hubkolbenkraftmaschine verstanden wird. Die Verwendung von Dieselmotoren ist vorteilhaft, da diese ein flaches Verbrauchskennfeld aufweisen und der Betrieb dessen nicht in dem Maße auf sehr kleine Betriebsbereiche eingeschränkt werden muss, wie bei Benzinmotoren. It is particularly advantageous for the method according to the invention if a diesel engine is used as the internal combustion engine, although the internal combustion engine is understood to mean not only a reciprocating internal combustion engine operated by diesel fuel but also by gasoline or gas. The use of diesel engines is advantageous because they have a flat fuel economy map and the operation thereof does not need to be limited to very small operating ranges, as in gasoline engines.
Unter Drehmoment oder Motormoment wird ein effektives Moment verstanden, also jenes Moment, welches von dem Verbrennungsmotor oder dem Elektromotor abgegeben und in den Antriebsstrang eingeleitet wird. Torque or engine torque is understood to mean an effective torque, that is, that moment which is emitted by the internal combustion engine or the electric motor and introduced into the drive train.
Als Antriebsbatterie wird hierbei nicht nur ein chemischer Speicher oder Akkumulator verstanden, es kann sich hierbei auch um einen Kondensator oder jegliche andere Einrichtung handeln, die dazu geeignet ist elektrische Energie zu speichern. As a drive battery here is not only a chemical storage or accumulator understood, this may also be a capacitor or any other device that is capable of storing electrical energy.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird ferner auch durch ein Hybridkraftfahrzeug mit einem Steuergerät und mit einem Antriebsstrang gelöst, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor sowie eine Antriebsbatterie für den Elektromotor aufweist, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsmoment erzeugt, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. The object underlying the invention is also achieved by a hybrid motor vehicle with a control unit and with a drive train, wherein the drive train comprises an internal combustion engine and an electric motor and a drive battery for the electric motor, wherein the drive train generates a drive torque, wherein the control device is set up to carry out a method according to the invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt Preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows
1 ein Hybridkraftfahrzeug, 1 a hybrid motor vehicle,
2 ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren und 2 a flow chart for the inventive method and
3 ein Drehmomentkennfeld eines Dieselmotors. 3 a torque map of a diesel engine.
Die 1 zeigt ein Hybridkraftfahrzeug 100 mit einem Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor 105 sowie eine Antriebsbatterie 106 für den Elektromotor 105 aufweist und wobei der Antriebsstrang ein Antriebsmoment erzeugt. Der Verbrennungsmotor ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Dieselmotor 101. The 1 shows a hybrid motor vehicle 100 with a drive train, wherein the drive train comprises an internal combustion engine and an electric motor 105 and a drive battery 106 for the electric motor 105 and wherein the drive train generates a drive torque. The internal combustion engine is a diesel engine in this embodiment 101 ,
Gesteuert werden der Dieselmotor 101 und der Elektromotor 105 von einem Steuergerät 102. The diesel engine is controlled 101 and the electric motor 105 from a controller 102 ,
Der Dieselmotor 101 bezieht Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung 104 aus einem Kraftstofftank 103. Der Elektromotor 105, der im Gegensatz zum Dieselmotor 101 nicht nur elektrische Energie in mechanische Energie sondern auch mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln kann, ist über eine Anschlussleitung 107 an eine Antriebsbatterie 106 angeschlossen. Etwaige Umrichter oder Umwandlungselektronik werden hierbei nicht explizit erläutert. Ein Getriebe kann nicht nur zwischen einem Abtrieb und den beiden Motoren, sondern auch zwischen den beiden Motoren angeordnet sein. The diesel engine 101 draws fuel via a fuel line 104 from a fuel tank 103 , The electric motor 105 that in contrast to the diesel engine 101 Not only can electrical energy convert into mechanical energy but also mechanical energy into electrical energy is via a connecting lead 107 to a drive battery 106 connected. Any converters or conversion electronics are not explicitly explained here. A transmission can not just be between one Downforce and the two engines, but also be arranged between the two engines.
Die 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eins erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Hybridkraftfahrzeuges. Das Verfahren umfasst die Schritte
- a) falls eine Abgastemperatur des Dieselmotors 101 kleiner ist als eine Grenztemperatur oder
falls ein Ladungszustand der Antriebsbatterie kleiner ist als ein Grenzladungszustand,
ein Motormoment des Dieselmotors 101 erzeugt wird, welches größer ist als das Antriebsmoment, und dem Elektromotor 105 die Differenz zwischen dem Antriebsmoment und dem Motormoment des Dieselmotors 101 zugeführt wird,
- b) falls eine Leistungsanforderung kleiner ist als eine Grenzleistungsanforderung, das Motormoment des Dieselmotors 101 auf null gesetzt wird,
- c) falls ein Fahrerwunschmoment größer ist als ein Volllastmoment und/oder ein Maximalmoment des Dieselmotors 105 oder
falls die Differenz zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem Antriebsmoment größer ist als ein Grenzwunschmoment,
das Motormoment des Dieselmotors 101 und das Motormoment des Elektromotors 105 größer Null eingestellt werden, und
- d) falls die Bedingungen zu a) bis c) nicht erfüllt sind, das Motormoment des Elektromotors 105 auf null gesetzt wird.
The 2 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention for operating the hybrid motor vehicle. The method comprises the steps - a) if an exhaust gas temperature of the diesel engine 101 is less than a threshold temperature or if a charge state of the drive battery is smaller than a limit charge state, an engine torque of the diesel engine 101 is generated, which is greater than the drive torque, and the electric motor 105 the difference between the drive torque and the engine torque of the diesel engine 101 is fed
- b) if a power demand is less than a marginal power requirement, the engine torque of the diesel engine 101 set to zero,
- c) if a driver's desired torque is greater than a full load torque and / or a maximum torque of the diesel engine 105 or if the difference between the driver command torque and the drive torque is greater than a limit command torque, the engine torque of the diesel engine 101 and the engine torque of the electric motor 105 greater than zero, and
- d) if the conditions for a) to c) are not met, the engine torque of the electric motor 105 set to zero.
Vorgesehen sind hierbei zumindest vier Betriebsmodi: Ein Ladebetrieb 221, Elektrikbetrieb 222, Boostbetrieb 223 und Normalbetrieb 224. Provided here are at least four modes of operation: a charging operation 221 , Electrical operation 222 , Boost operation 223 and normal operation 224 ,
Im Ladebetrieb 221 erzeugt der Dieselmotor 101 mehr Drehmoment erzeugt, als zum Vortrieb notwendig ist. Die Differenz zwischen dem Motormoment des Dieselmotors 101 und dem zum Vortrieb des Hybridkraftfahrzeuges erforderlichen Drehmoment, also dem Antriebsmoment, wird vom Elektromotor 105 aufgenommen, in elektrische Energie gewandelt und in der Antriebsbatterie 106 gespeichert. Die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt ist jeweils verlustbehaftet und das überschüssige Moment bzw. die überschüssige Leistung können nicht zu 100% gespeichert werden. In the loading mode 221 the diesel engine generates 101 generates more torque than necessary for propulsion. The difference between the engine torque of the diesel engine 101 and the torque required for propulsion of the hybrid motor vehicle, that is to say the drive torque, is produced by the electric motor 105 absorbed, converted into electrical energy and in the drive battery 106 saved. The conversion of electrical energy into mechanical energy and vice versa is lossy and the excess torque or power can not be 100% saved.
Der Ladebetrieb 221 wird eingeleitet, wenn eine von zwei Abfragen positiv ausfällt. Zum einen wird in einer Temperaturprüfung 210 abgefragt, ob eine Abgastemperatur des Dieselmotors 101 kleiner ist als eine Grenztemperatur. Die Temperaturprüfung 210 ist für eine im Abgasstrang des Dieselmotors 101 vorhandene Abgasnachbehandlung von Bedeutung, da ein Umwandlungswirkungsgrad für Emissionen, wie etwa Stickoxidemissionen, von der Abgastemperatur abhängt. Ist nun die Abgastemperatur unterhalb einer Temperatur mit einem definierten Umwandlungswirkungsgrad, der Grenztemperatur, wird das Motormoment des Dieselmotors 101 mittels der im Steuergerät 102 implementierten Steuerung angehoben. Hierdurch steigt auch die Leistung des Dieselmotor 101. Die gesteigerte Leistung hat zur Folge, dass die Abgastemperatur angehoben wird. Die Anhebung der Abgastemperatur hat folglich den Vorteil, dass der Umwandlungswirkungsgrad der Abgasnachbehandlung steigt und Emissionen verringert werden. The loading operation 221 is initiated when one out of two polls fails. For one thing, in a temperature test 210 queried whether an exhaust gas temperature of the diesel engine 101 less than a limit temperature. The temperature test 210 is for one in the exhaust system of the diesel engine 101 Existing exhaust aftertreatment is important because conversion efficiency for emissions, such as nitrogen oxide emissions, depends on exhaust gas temperature. Now, if the exhaust gas temperature is below a temperature with a defined conversion efficiency, the limit temperature, the engine torque of the diesel engine 101 by means of the control unit 102 implemented control raised. This also increases the performance of the diesel engine 101 , The increased power has the consequence that the exhaust gas temperature is raised. The increase in the exhaust gas temperature thus has the advantage that the conversion efficiency of the exhaust aftertreatment increases and emissions are reduced.
Da jedoch das Hybridkraftfahrzeug 100 seinen Fahrzustand bei Eintritt in den Ladebetrieb 221 nicht ändern soll, ist es notwendig die überschüssige Motorleistung anderweitig abzuführen. Dies erfolgt durch Laden der Antriebsbatterie 106 mittels des Elektromotors 105. However, because the hybrid car 100 its driving condition when entering the loading operation 221 should not change, it is necessary to dissipate the excess engine power otherwise. This is done by charging the drive battery 106 by means of the electric motor 105 ,
Zum anderen wird in den Ladebetrieb 221 eingetreten, wenn die Ladungsprüfung 211 positiv ist. In der Ladungsprüfung 211 wird abgefragt, ob ein Ladungszustand der Antriebsbatterie kleiner ist als ein Grenzladungszustand. Da es sich bei dem Hybridkraftfahrzeug 100 um ein Fahrzeug mit zwei alternativ oder kumulativ verwendbaren Antrieben handelt, wird die Betriebsbereitschaft des Elektromotors 105 sichergestellt indem die Antriebsbatterie stets eine ausreichend hohe elektrische Ladung aufweist. Die definierte Minimalladung der Antriebsbatterie 106, ab welcher in den Ladebetrieb 221 gewechselt wird, entspricht dem Grenzladungszustand. On the other hand is in the loading mode 221 occurred when the charge test 211 is positive. In the charge test 211 it is queried whether a charge state of the drive battery is smaller than a limit charge state. As it is in the hybrid motor vehicle 100 is a vehicle with two alternatively or cumulatively usable drives, the operational readiness of the electric motor 105 ensured by the drive battery always has a sufficiently high electrical charge. The defined minimum charge of the drive battery 106 , from which in the loading operation 221 is changed, corresponds to the limit charge state.
Erfolgen sowohl die Temperaturprüfung 210 als auch die Ladungsprüfung 211 negative, erfolgt die Leistungsprüfung 212. Fällt diese positiv aus, wird in den Elektrikbetrieb 222 eingetreten. Im Elektrikbetrieb 222 wird das Motormoment des Dieselmotors 101 zu null gesetzt. Dies geschieht üblicherweise durch stoppen des Dieselmotors 101, kann aber auch durch auskuppeln dessen erfolgen, wodurch der Dieselmotor 101 vom Antriebsstrang getrennt wird. Der Vortrieb erfolgt im Elektrikbetrieb 222 ausschließlich über den Elektromotor 105. Somit entspricht das Antriebsmoment im Elektrikbetrieb 222 dem Motormoment des Elektromotors. Mit Antriebsmoment ist das in den Antriebsstrang eingeleitete Drehmoment gemeint, sollte allerdings ein Getriebe vorgesehen sein, welches Drehmomente wandelt, ist es sofort ersichtlich, dass die Motorleistung des Elektromotors der Antriebsleistung entspricht. Both the temperature test 210 as well as the charge test 211 negative, the performance test takes place 212 , If this turns out positive, is in the electric mode 222 occurred. In the electric company 222 becomes the engine torque of the diesel engine 101 set to zero. This is usually done by stopping the diesel engine 101 , but can also be done by disengaging its, causing the diesel engine 101 is disconnected from the drive train. The propulsion takes place in electrical operation 222 exclusively via the electric motor 105 , Thus, the drive torque corresponds to the electrical operation 222 the engine torque of the electric motor. With drive torque is meant the torque introduced into the drive train, but should a transmission be provided which converts torques, it is immediately apparent that the motor power of the electric motor corresponds to the drive power.
Der Elektrikbetrieb 222 wird ausgeführt, wenn der Dieselmotor 101 mit sehr geringen Drehmomenten betrieben wird. Auf Grund der Wirkungsgradverschlechterung, die bei Verbrennungsmotoren im Allgemeinen zu geringen Drehmomenten hin auftritt, ist es effizienter für den Betrieb des Hybridkraftfahrzeuges, wenn der Dieselmotor 101 gestoppt und ein rein elektrischer Fahrbetrieb umgesetzt wird. The electric company 222 is executed when the diesel engine 101 operated with very low torques. Due to the degradation in efficiency that generally occurs with low torques in internal combustion engines, it is more efficient for the operation of the hybrid vehicle when the diesel engine 101 stopped and a purely electric driving is implemented.
Zum Eintritt in den dritten der vier Betriebsbereiche, dem Boostbetrieb 223, ist eine positive Drehmomentprüfung 213 oder alternativ eine Transientenprüfung 214 erforderlich. In der Drehmomentprüfung 213 wird bestimmt, ob ein Fahrerwunschmoment größer ist als ein Volllastmoment und/oder ein Maximalmoment des Verbrennungsmotors. Das Fahrerwunschmoment wird in der Steuerung auf Basis einer Fahrpedalstellung bestimmt. Hierbei können auch Fahrerwunschmomente ermittelt werden, die größer sind als das maximal mögliche Motormoment des Dieselmotors 101, dem Volllastmoment, oder einem per Kalibrierung definierten maximalen Motormoment, dem Maximalmoment. Ist nun das Fahrerwunschmoment größer als das Volllastmoment wird der Elektromotor 105 derart angesteuert, dass er ein positives Motormoment abgibt, welches zusammen mit dem Motormoment des Dieselmotors 101 in den Antriebsstrang eingeleitet wird. Insofern entspricht das Antriebsmoment der Summe aus den beiden Motormomenten. Der Eintritt in den Boostbetrieb 223, in welchem eine Unterstützung des Dieselmotors 101 durch den Elektromotor 105 erfolgt hat nicht nur den Vorteil, dass ein hohes Beschleunigungsvermögen erzielt werden kann, sondern auch, dass Bereiche hoher Lasten im Dieselmotor 101 vermieden werden können. Die oberen Kennfeldbereiche eines Dieselmotors 101, also die Bereiche hoher Drehmomente zeichnen sich im Allgemeinen dadurch aus, dass auf Grund einer sehr heißen Verbrennung besonders viel Stickoxid gebildet wird. Die Vermeidung von hohen Motormomenten vermeidet folglich auch hohe Emissionen von Stickoxiden. To enter the third of the four operating areas, the boost mode 223 , is a positive torque test 213 or alternatively a transient test 214 required. In the torque test 213 it is determined whether a driver's desired torque is greater than a full load torque and / or a maximum torque of the internal combustion engine. The driver's desired torque is determined in the controller based on an accelerator pedal position. In this case also driver's desired torque can be determined, which are greater than the maximum possible engine torque of the diesel engine 101 , the full load torque, or a maximum engine torque defined by calibration, the maximum torque. Is now the driver's desired torque greater than the full load torque is the electric motor 105 triggered such that it outputs a positive engine torque, which together with the engine torque of the diesel engine 101 is introduced into the drive train. In this respect, the drive torque corresponds to the sum of the two engine torques. The entry into the boost operation 223 in which a support of the diesel engine 101 through the electric motor 105 not only has the advantage that a high acceleration capacity can be achieved, but also that areas of high loads in the diesel engine 101 can be avoided. The upper map areas of a diesel engine 101 , So the areas of high torques are generally characterized by the fact that due to a very hot combustion particularly much nitrogen oxide is formed. The avoidance of high engine torques thus also avoids high emissions of nitrogen oxides.
Kumulativ kann in der Drehmomentprüfung 213 abgefragt werden, ob die Leistungsanforderung auf Basis des Fahrerwunschmomentes kleiner ist als eine Maximalleistung. Diese zusätzliche Abfrage in der Drehmomentprüfung 213 soll sicherstellen, dass ab Erreichen der maximalen Motorleistung des Dieselmotors 101 keine zusätzliche Unterstützung durch den Elektromotor 105 erfolgt. Cumulative can in the torque test 213 be queried whether the power requirement based on the driver's desired torque is less than a maximum power. This additional query in the torque test 213 should ensure that from reaching the maximum engine power of the diesel engine 101 no additional support from the electric motor 105 he follows.
Alternativ hierzu kann in der Drehmomentprüfung 213 abgefragt werden, ob die Leistungsanforderung auf Basis des Fahrerwunschmomentes kleiner ist als eine Maximalleistung des Elektromotors. Dadurch kann der Elektromotor vor einer Überlastung geschützt werden. Alternatively, in the torque test 213 be queried whether the power requirement based on the driver's desired torque is less than a maximum power of the electric motor. As a result, the electric motor can be protected against overloading.
Der Boostbetrieb 223 wird alternativ auch über die Transientenprüfung 214 eingeleitet. Da hohe Emissionen, wie Rußemissionen oder etwa Stickoxidemissionen, nicht nur bei hohen Drehmomenten sondern auch bei hohen Drehmomentgradienten auftreten können, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Dieselmotor 101 im dynamischen Betrieb Unterstützung durch den Elektromotor 105 erfährt. Die Transientenprüfung 214 fragt folglich ab, ob die Differenz zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem Antriebsmoment größer ist als ein Grenzwunschmoment. Das Grenzwunschmoment, welches einer Drehmomentschwelle für Drehmomentdifferenzen entspricht, ist in der Steuerung kalibrierbar. Ist nun der Drehmomentsprung über der Drehmomentschwelle, wird der Boostbetrieb 223 ausgelöst. Dies bietet den Vorteil Emissionen zu verringern und den Fahrkomfort zu erhöhen, da eine höhere Antriebsleistung zum Beschleunigen zur Verfügung gestellt wird. Somit kann der mögliche Drehmomentaufbau bzw. der Drehmomentgradient am Dieselmotor 101 begrenzt werden, da der Elektromotor 105 unterstützend eingreift. The boost operation 223 is also possible via the transient test 214 initiated. Since high emissions, such as soot emissions or nitrogen oxide emissions, can occur not only at high torques but also at high torque gradients, it is also advantageous if the diesel engine 101 Supported by the electric motor during dynamic operation 105 experiences. The transient test 214 Consequently, it asks whether the difference between the driver's desired torque and the drive torque is greater than a threshold desired torque. The limit torque, which corresponds to a torque threshold for torque differences, can be calibrated in the controller. Now is the torque jump over the torque threshold, the boost mode 223 triggered. This offers the advantage of reducing emissions and increasing ride comfort, as higher drive power is provided for acceleration. Thus, the possible torque build-up or torque gradient on the diesel engine 101 be limited because the electric motor 105 supportive intervenes.
Erfolgen alle zuvor durchlaufenen Prüfungen negativ, wird in den Normalbetrieb 224 eingetreten, in welchem der Dieselmotor 101 als konventioneller Fahrzeugantrieb verwendet wird. Da der Elektromotor 105 nicht hinzugeschaltet wird und folglich kein Drehmoment an den Antriebsstrang abgibt, entspricht das Motormoment des Dieselmotors 101 dem Antriebsmoment. If all previously passed tests are negative, the system will go into normal mode 224 occurred in which the diesel engine 101 is used as a conventional vehicle drive. As the electric motor 105 is not connected and therefore no torque output to the drive train, corresponds to the engine torque of the diesel engine 101 the drive torque.
Alle vier Betriebsbereiche werden während des Betriebs des Hybridkraftfahrzeuges 100 permanent durchlaufen, wodurch sich eine ständige Abfrage aller Prüfungen ergibt. Wird das Hybridkraftfahrzeug 100 in Betrieb genommen, kann in einem beliebigen Betriebsbereich begonnen werden. All four operating areas will be during operation of the hybrid vehicle 100 go through permanently, resulting in a constant query of all tests. Will the hybrid car 100 put into operation, can be started in any operating range.
Anhand 3 werden die Kennfeldbereiche eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dieselmotors 101 erläutert, die gemäß dem zuvor beschriebenen Flussdiagramm erzwungen oder vermieden werden. Die wesentliche Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt dazu, dass der Dieselmotor 101 in seinem Kennfeld auf zwei Bereiche beschränkt wird, einem Normalbereich 301 und einem Leistungsbereich 302. Der Betrieb im Normalbereich 301 und im Leistungsbereich 302 erlaubt sowohl ein Zuschalten des Elektromotors, wie beispielsweise im Ladebetrieb 221 oder Boostbetrieb 223 vorgesehen, als auch die Verwendung des Dieselmotors 101 als alleinigen Drehmomenterzeuger, wie beispielsweise im Normalbetrieb 224 vorgesehen. Based 3 become the map areas of an embodiment of a diesel engine according to the invention 101 described enforced or avoided according to the flowchart described above. The essential effect of the method according to the invention results in that the diesel engine 101 is limited to two areas in its map, a normal area 301 and a performance range 302 , Operation in the normal range 301 and in the performance area 302 allows both a connection of the electric motor, such as in the loading mode 221 or boost operation 223 provided as well as the use of the diesel engine 101 as a sole torque generator, such as in normal operation 224 intended.
Der Normalbereich 301 ist der Bereich, in dem ein akzeptabler Kraftstoffverbrauch erreicht wird. Dieser Bereich ist typischerweise bei Dieselmotoren breiter ausgeführt als bei Benzinmotoren, da der spezifische Verbrauch weniger langsam ansteigt sobald man sich vom Verbrauchsbestpunkt entfernt. Insbesondere weist der Normalbereich 301 zwei vorteilhafte Betriebskurven auf. Ein Verbrauchsmoment 311 stellt hierbei das Drehmoment im Normalbereich 301 dar, für welches in Abhängigkeit von der Motordrehzahl ein minimaler Kraftstoffverbrauch und Kohlenstoffdioxidausstoff vorliegt. Durch das flache Verbrauchskennfeld bei einem Dieselmotor bietet der Betrieb im gesamten Normalbereich 301 bereits einen hohen Wirkungsgrad, so dass nicht notwendigerweise ein Motormoment entlang des Verbrauchsmomentes 311 eingestellt werden muss. The normal range 301 is the area where acceptable fuel consumption is achieved. This range is typically wider for diesel engines than gasoline engines, as specific consumption increases less slowly as soon as you move away from the peak of fuel consumption. In particular, the normal range 301 two advantageous operating curves. A consumption torque 311 hereby sets the torque in the normal range 301 for which there is a minimum fuel consumption and carbon dioxide output depending on the engine speed. Due to the flat consumption map of a diesel engine, the operation offers the entire normal range 301 already a high efficiency, so not necessarily an engine torque along the consumption torque 311 must be adjusted.
Das Verbrauchsmoment 311, welches auch als Ortskurve des minimalen Verbrauches ausgestaltet sein kann, hat die Eigenschaft (nicht dargestellte) Isolinien des spezifischen Kraftstoffverbrauches orthogonal zu schneiden. Das Verbrauchsmoment 311 kann aber auch frei definiert sein. Auch kann statt des Verbrauchsmomentes 311 ein Verbrauchsband oder eine Verbrauchsfläche definiert werden, welches einer Fläche, und nicht einer Linie, im Verbrauchskennfeld entspricht. Werden keine weiteren Bedingungen an einen minimalen Verbrauch gestellt, so kann auch der gesamte Normalbereich 301 als Verbrauchsfläche definiert sein. Ein zusätzliches Motormoment zur Vermeidung des Hochlastbereiches 304 und des Übergangsbereiches 303 wird in diesem Fall nur in dem Maße erzeugt wird, dass der Dieselmotor 101 im Normalbereich 301 arbeitet. The consumption torque 311 , which may also be configured as a locus of minimum consumption, has the property of orthogonally cutting (not shown) isolines of specific fuel consumption. The consumption torque 311 but can also be freely defined. Also, instead of the consumption torque 311 a consumable band or a consumable surface is defined which corresponds to an area, and not a line, in the consumption map. If no other conditions for a minimum consumption, so can the entire normal range 301 be defined as consumption area. An additional engine torque to avoid the high load range 304 and the transition area 303 is generated in this case only to the extent that the diesel engine 101 in the normal range 301 is working.
Befindet sich nun ein Betriebspunkt des Dieselmotors 101 unterhalb des Verbrauchsmomentes 311, ist es, falls Ladebetrieb 221 vorliegt, besonders vorteilhaft, wenn das Motormoment des Dieselmotors 101 gerade soweit angehoben wird, dass der neu eingestellte Betriebspunkt auf dem Verbrauchsmoment 311 liegt. Um einen vorteilhaft hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es bei dem Dieselmotor 101, im Gegensatz zu einem Benzinmotor, bereits ausreichend im Normalbereich 301 einen Betrieb in der Nähe des Verbrauchsmomentes 311 einzustellen. Dieser Vorteil ergibt sich durch das flache Verbrauchskennfeld bei dem Dieselmotor 101, wie bereits erläutert. Is now an operating point of the diesel engine 101 below the consumption torque 311 , is it, if charging operation 221 is present, particularly advantageous if the engine torque of the diesel engine 101 is just raised so far that the newly set operating point on the consumption torque 311 lies. In order to achieve an advantageous high efficiency, it is the diesel engine 101 , in contrast to a gasoline engine, already sufficiently in the normal range 301 an operation near the consumption torque 311 adjust. This advantage results from the flat consumption map in the diesel engine 101 as already explained.
Ebenso verhält es sich, wenn das aktuelle Motormoment des Dieselmotors oberhalb oder auf dem Verbrauchsmoment 311 liegt und in den Boostbetrieb gewechselt wird. Der Elektromotor 105 wird dann gerade so stark mit Motormoment beaufschlagt, dass das Antriebsmoment dem Fahrerwunschmoment entspricht und das Motormoment des Dieselmotors dem Verbrauchsmoment 311 entspricht. The same applies if the current engine torque of the diesel engine is above or at the consumption torque 311 is and is switched to boost mode. The electric motor 105 is then applied so strongly with engine torque that the drive torque corresponds to the driver's desired torque and the engine torque of the diesel engine the consumption torque 311 equivalent.
Insofern werden Betriebspunkte des Dieselmotors 101 derart eingestellt, dass definierte Kennfeldbereiche nicht angefahren werden. So werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere ein Hochlastbereich 304, welches am oberen Kennfeldrand liegt und durch eine Volllastkurve 300 begrenzt ist, sowie ein Übergangsbereich 303, welches unterhalb des Normalbereichs 301 liegt, vermieden. In this respect, operating points of the diesel engine 101 set such that defined map areas are not approached. Thus, by means of the method according to the invention in particular a high load range 304 , which is located at the top of the map and by a full load curve 300 is limited, as well as a transition area 303 , which is below the normal range 301 lies, avoided.
Der Ladebetrieb 221 kann auch eingestellt werden, wenn eine Abgastemperatur unterhalb einer Grenztemperatur liegt. Hierbei ist es von Bedeutung, dass Rohemissionen des Dieselmotors 101 möglichst gering gehalten werden, da die Abgasnachbehandlung noch keine vollständige Betriebsbereitschaft erreicht hat. Dies betrifft insbesondere den Ausstoß von Stickoxiden. The loading operation 221 can also be set if an exhaust gas temperature is below a threshold temperature. Here it is important that raw emissions of the diesel engine 101 be kept as low as possible, since the exhaust aftertreatment has not reached full operational readiness. This concerns in particular the emission of nitrogen oxides.
Punkte mit minimalem Stickoxidausstoß im Abgas bzw. im Rohabgas des Dieselmotors 101 sind durch ein Emissionsmoment 313 gegeben. Im Ladebetrieb 221, sofern dieser auf Grund niedriger Abgastemperaturen eingestellt wird, erfolgt eine Anhebung des Motormoments des Dieselmotors 101 derart, dass das Motormoment dem Emissionsmoment 313 entspricht. Diese Betriebsstrategie ist auch auf Motormomente erweiterbar, die oberhalb des Emissionsmomentes 313 liegen, wobei im Falle von niedrigen Abgastemperaturen auch ein Boostbetrieb 223 eingestellt werden kann. In diesem Fall wird das Motormoment des Dieselmotors 101 durch Unterstützung des Elektromotors 105 von einem hohen Motormoment auf das Emissionsmoment 313 gebracht. Points with minimal nitrogen oxide emissions in the exhaust gas or raw exhaust gas of the diesel engine 101 are by an emission moment 313 given. In the loading mode 221 If this is set due to low exhaust gas temperatures, an increase of the engine torque of the diesel engine takes place 101 such that the engine torque the emission moment 313 equivalent. This operating strategy can also be extended to engine torques that are above the emission torque 313 lie in the case of low exhaust gas temperatures and a boost operation 223 can be adjusted. In this case, the engine torque of the diesel engine 101 by supporting the electric motor 105 from a high engine torque to the emission moment 313 brought.
Im Hochlastbereich 304 werden typischerweise sehr viele Stickoxide emittiert, was auch nach Erreichen der Betriebstemperatur für die Abgasnachbehandlung problematisch sein kann. Der Hochlastbereich 304 wird daher vorzugsweise durch Einstellen des Boostbetriebes 223 oder, falls ein Boostbetrieb 223 nicht möglich ist und eine alternative Getriebestufe nicht gewählt werden kann, durch begrenzen des Motormomentes des Dieselmotors 101 verlassen. Insofern wird der Boostbetrieb 223 nicht schon bei Überschreiten der Volllastkurve 300 durch das Fahrerwunschmoment eingestellt, sondern auch alternativ oder kumulativ, wenn das Fahrerwunschmoment das Maximalmoment übersteigt. Das Maximalmoment entspricht hierbei der oberen Begrenzung des Normalbereiches 301, also der Grenzkurve zwischen dem Anfahrbereich 305, dem Hochlastbereich 304 sowie dem Leistungsbereich 302 und dem Normalbereich 301. In the high load range 304 typically a lot of nitrogen oxides are emitted, which can be problematic even after reaching the operating temperature for the exhaust aftertreatment. The high load range 304 is therefore preferably by adjusting the boost mode 223 or, if a boost operation 223 is not possible and an alternative gear stage can not be selected by limiting the engine torque of the diesel engine 101 leave. In this respect, the boost operation 223 not already when the full load curve is exceeded 300 set by the driver's desired torque, but also alternatively or cumulatively, when the driver's desired torque exceeds the maximum torque. The maximum torque corresponds to the upper limit of the normal range 301 , ie the limit curve between the approach area 305 , the high-load area 304 as well as the performance range 302 and the normal range 301 ,
Drehzahlen und Drehmomente in einem Anfahrbereich 305 und in einem Hochdrehzahlbereich 306, werden primär durch eine geeignete Schaltstrategie eines im Antriebsstrang befindlichen Getriebes vermieden. Werden Drehmomente im Anfahrbereich 305 angefordert, ist die Steuerung des Getriebes derart ausgelegt, dass eine Rückschaltung in eine niedrigere Getriebestufe erfolgt. Hierdurch wird die Drehzahl des Dieselmotors 101 angehoben und der Anfahrbereich 305 vermieden. Der Anfahrbereich 305 kann auch mittels des Boostbetriebes 223 verlassen werden, wenn die Grenze zwischen dem Anfahrbereich 305 und dem Normalbereich 301 eine Neigung aufweist. Speeds and torques in a starting range 305 and in a high speed range 306 , are primarily avoided by a suitable switching strategy of a transmission located in the drive train. Are torques in the starting range 305 requested, the control of the transmission is designed so that a downshift to a lower gear stage is done. As a result, the speed of the diesel engine 101 raised and the approach area 305 avoided. The approach area 305 can also by means of the boost mode 223 leave when the boundary between the approach area 305 and the normal range 301 has a slope.
Umgekehrt verhält es sich im Hochdrehzahlbereich 306, in welchem die Steuerung einen geeigneten höheren Gang wählt, um die Drehzahl des Dieselmotors 101 abzusenken und wieder in den Normalbereich 301 zu gelangen. Conversely, it behaves in the high-speed range 306 in that the controller selects a suitable higher gear to the speed of the diesel engine 101 lower and return to normal 301 to get.
Da sich Punkte gleicher Motorleistung in einem Drehmomentkennfeld nach 3 jeweils auf Hyperbeln befinden, kann die Vermeidung des Übergangsbereiches 303 nicht nur durch die Wahl des Ladebetriebes 221 erfolgen, sondern auch durch die Wahl einer geeigneten Getriebestufe. As points of equal engine power in a torque map after 3 each located on hyperbola, can avoid the transition area 303 not just by choosing the charging mode 221 but also by choosing a suitable gear stage.
Unterhalb des Übergangsbereiches 303 wird das Kennfeld abgegrenzt durch einen Niedriglastbereich 307. Dieser Niedriglastbereich 307 weist typischerweise, wie bei einem Benzinmotor auch, sehr hohe spezifische Kraftstoffverbräuche aus und ist für einen effizienten Betrieb des Dieselmotors 101 zu vermeiden. Below the transition area 303 the map is delimited by a low load area 307 , This low load area 307 Typically, as with a gasoline engine, it also has very high specific fuel consumption and is for efficient operation of the diesel engine 101 to avoid.
In diesem Niedriglastbereich 307 wird bevorzugt der Elektrikbetrieb 222 eingestellt, so dass der Dieselmotor 101 gestoppt und der Vortrieb des Hybridkraftfahrzeuges 100 nur noch über den Elektromotor 105 erfolgt. Insofern wird das Motormoment des Elektromotors 105 dem Antriebsmoment gleich gesetzt und das Motormoment des Dieselmotors 101 zu null gesetzt, wenn ein Betriebspunkt des Dieselmotors 101 sich im Niedriglastbereich 307 befindet. Die Grenze zwischen dem Niedriglastbereich 307 und dem Übergangsbereich 306 bildet somit das Grenzdrehmoment, dessen Unterschreitung zur Einleitung des Elektrikbetriebs 222 führt. In this low load range 307 is preferred the electrical operation 222 adjusted so that the diesel engine 101 stopped and the propulsion of the hybrid motor vehicle 100 only via the electric motor 105 he follows. In this respect, the engine torque of the electric motor 105 set equal to the drive torque and the engine torque of the diesel engine 101 set to zero when an operating point of the diesel engine 101 in the low load range 307 located. The border between the low load area 307 and the transition area 306 thus forms the limit torque, which falls short of the initiation of electrical operation 222 leads.
Wird eine hohe Leistung angefordert, ist neben dem Betrieb des Dieselmotors 101 im Normalbereich 301 auch der Leistungsbereich 302 vorgesehen. Wie bereits zuvor erläutert, wird der Leistungsbereich 302 zu kleineren Drehmomenten durch den Hochdrehzahlbereich 306 begrenzt. Die im Hochdrehzahlbereich 306 abgegebene Leistung kann auch bei kleineren Drehzahlen und höheren Drehmomenten durch Wahl einer geeigneten Getriebestufe abgerufen werden. If a high power is requested, in addition to the operation of the diesel engine 101 in the normal range 301 also the performance range 302 intended. As previously explained, the power range 302 to smaller torques due to the high speed range 306 limited. The in the high speed range 306 Delivered power can be retrieved even at lower speeds and higher torques by selecting a suitable gear stage.
Der Leistungsbereich 302 verfügt ferner über ein Leistungsmoment 312, welcher durch Wahl eines geeigneten Betriebsbereiches angefahren werden kann. Das Leistungsmoment 312 ist jenes Motormoment, welches den besten Kompromiss zwischen Leistung, Verbrauch und Emissionen darstellt. Liegt das Fahrerwunschmoment über dem Leistungsmoment 312, so kann in den Boostbetrieb 223 gewechselt werden. Das Motormoment des Dieselmotors 312 wird dann derart eingestellt, dass es auf dem Leistungsmoment 312 liegt. In jedem Fall wird aber der Boostbetrieb 223 eingestellt, wenn das Fahrerwunschmoment oberhalb des im Leistungsbereich 302 verfügbaren maximalen Drehmomentes liegt. Das maximale Drehmoment im Leistungsbereich 302 ergibt sich durch das Volllastmoment 300 und durch die Abgrenzung des Leistungsbereiches 302 zum Hochlastbereich 304. The performance range 302 also has a power moment 312 , which can be approached by choosing a suitable operating range. The power moment 312 is the engine torque that represents the best compromise between performance, fuel economy and emissions. If the driver's desired torque is above the power torque 312 , so in the boost mode 223 change. The engine torque of the diesel engine 312 is then adjusted so that it is on the power moment 312 lies. In any case, but the boost operation 223 set when the driver's desired torque above the in the power range 302 available maximum torque. The maximum torque in the power range 302 results from the full load torque 300 and by delineating the range of benefits 302 to the high load range 304 ,
Auch im Leistungsbereich 302 kann der Ladebetrieb 221 eingestellt werden. Dies erfolgt nicht nur, wenn das Fahrerwunschmoment unterhalb des Leistungsbereiches 302 liegt, sondern kann kumulativ hierzu auch erfolgen, wenn das Fahrerwunschmoment noch im Leistungsbereich 302 jedoch unterhalb des Leistungsmomentes 312 liegt. Also in the performance range 302 can the charging operation 221 be set. This is done not only when the driver's desired torque is below the power range 302 is, but can cumulatively also be done if the driver's desired torque still in the power range 302 but below the power moment 312 lies.
Das Einstellen des Ladebetriebes 221 oder des Boostbetriebes 223 in dem Normalbereich 301 oder Leistungsbereich 302 ist abhängig vom Ladezustand der Antriebsbatterie 106. So ist bei Unterschreitung des Grenzladungszustandes kein Boostbetrieb 223 und bei Erreichen des maximalen Ladungszustandes kein Ladebetrieb 221 möglich. Setting the charging mode 221 or the boost mode 223 in the normal range 301 or performance range 302 depends on the state of charge of the drive battery 106 , Thus, when the limit charge state is undershot, there is no boost mode 223 and upon reaching the maximum state of charge no charging operation 221 possible.
Auf Grund des typischen Verbrauches des Dieselmotors 101 ist ein effizienter Betrieb nicht notwendigerweise bei einem Verbrauchsbestpunkt vorzusehen. Das Verbrauchskennfeld eines Dieselmotors ist um den Bestpunkt herum, welcher im Normalbereich 301 liegt, relativ flach, so dass Abweichungen vom Bestpunkt nicht notwendigerweise hohe Einbußen im Wirkungsgrad zur Folge haben und daher ein Einstellen des Betriebspunktes auf das Verbrauchsmoment 311 nicht zwangsläufig erfolgen muss, da bereits das Erreichen des Normalbereiches 301 vorteilhaft für ein Hybridkraftfahrzeug 100 mit einem Dieselmotor 101 ist. Due to the typical consumption of the diesel engine 101 Efficient operation is not necessarily to be provided at a point of consumption. The consumption map of a diesel engine is around the best point, which is in the normal range 301 is relatively shallow, so that deviations from the best point do not necessarily have high losses in efficiency result and therefore setting the operating point on the consumption torque 311 does not necessarily have to be done, since already reaching the normal range 301 advantageous for a hybrid motor vehicle 100 with a diesel engine 101 is.
Ebenso verhält es sich im Niedriglastbereich 307 und im Übergangsbereich 303. Da Dieselmotoren zumeist während des Betriebes auf Grund der Qualitätssteuerung nicht gedrosselt werden, entstehen in diesen Bereichen auch weniger schlechte Verbräuche als bei Benzinmotoren. Insofern ist es für das Hybridkraftfahrzeug 100 bereits schon vorteilhaft, wenn der gesamte Betriebsbereich auf den Normalbereich 301 und den Leistungsbereich 302 als Ganzes und nicht nur auf einen Bestpunkt begrenzt wird, wie bereits erläutert. The same applies in the low load range 307 and in the transition area 303 , Since diesel engines are usually not throttled during operation due to the quality control, in these areas also less bad consumption than in gasoline engines. In this respect, it is for the hybrid motor vehicle 100 already advantageous if the entire operating range to the normal range 301 and the performance range 302 as a whole and not limited to a best point, as already explained.
Insbesondere lassen sich, neben den Verbrauchs- und Emissionsnachteilen, Kostennachteile vermeiden, da sowohl auf einen hohen technologischen Aufwand für die Herstellung der Bauteile des Dieselmotors 101 als auch auf einen hohen Entwicklungsaufwand verzichtet werden kann, da für die vermiedenen Betriebsbereiche weder intensive Einstellarbeiten noch hochwertige Bauteile, die den Anforderungen standhalten, notwendig sind. In particular, in addition to the consumption and emission disadvantages, cost disadvantages can be avoided, since both a high technological cost for the production of the components of the diesel engine 101 As well as a high development effort can be dispensed with, since for the avoided operating areas neither intensive adjustments nor high-quality components that withstand the requirements are necessary.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht ausschließlich auf einen parallelen Hybrid beschränkt, bei welchem der Dieselmotor 101 und der Elektromotor 105 gemeinsam und drehzahlstarr auf den Antriebsstrang wirken. Es ist ferner auch ein leistungsverzweigter Hybrid, aber auch ein serieller Hybrid, denkbar. The method according to the invention is not limited exclusively to a parallel hybrid in which the diesel engine 101 and the electric motor 105 act together on the drivetrain together with high speed. It is also a power-split hybrid, but also a serial hybrid conceivable.
Es versteht sich, dass die beschriebenen Lösungen auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können. It is understood that the described solutions can also be combined in order to be able to implement the advantages in a cumulative manner.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2016/0082949 A1 [0002] US 2016/0082949 A1 [0002]
