DE102019103380A1 - Verfahren zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit einer Hybrid-Antriebseinheit - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit einer Hybrid-Antriebseinheit Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit einer Hybrid-Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hybrid-Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine aufweist und einen Kurbelwellen-Starter-Generator (KSG), der axial drehfest an eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei ein Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine und ein rein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeuges einstellbar ist, mit folgendem Verfahrensschritt bei einem Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine:
- Einspeisen eines periodischen Stroms in den KSG, der ein Moment erzeugt, das einer Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine entgegen wirkt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine bei einem Schleppbetrieb deutlich verringert, wodurch sich der Komfort für die Fahrzeuginsassen erhöht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit einer Hybrid-Antriebseinheit mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 199 41 705 A1 hingewiesen. Aus dieser ist ein Antriebsstrang, insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, umfassend eine Antriebseinheit mit einer Antriebswelle, eine Abtriebseinheit sowie eine in Wirkverbindung mit diesen stehende elektrische Maschine.
  • Weiter wird auf die österreichische Patentanmeldung AT 500 426 A3 hingewiesen. Aus dieser ist ein Verfahren zur Bestimmung von Kompressionsunterschieden bei einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine bekannt, welche mit einer, vorzugsweise drehzahlgeregelten, elektrischen Drehfeldmaschine mechanisch fest verbunden ist. Um auf möglichst einfache Weise die Kompression in einzelnen Zylindern zu bestimmen, ist vorgesehen, dass kontinuierlich oder diskontinuierlich die Phasenströme und/oder die Phasenspannungen und die Drehzahl der Drehfeldmaschine gemessen und daraus das Drehmoment an der Welle der Drehfeldmaschine abgeleitet und aus dem Drehmomentverlauf ein Kompressionsdruckverlauf zugeordnet wird.
  • Darüber hinaus ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 063 750 A1 ein Antriebsstrang bekannt. Der Antriebsstrang ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen mit einer mittels eines Steuergerätes gesteuerten Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Antriebsstrangbauteil, wobei im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges das Moment jedes einzelnen Zylinders rekonstruiert wird und beim Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung kompensiert wird. Diese Kompensation erfolgt mittels eines Zwei-Massen-Schwungrades.
  • Weiter sind 48 V Kurbelwellen-Startergeneratoren (KSG) bekannt, die starr an die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gekoppelt sind. Es handelt sich hierbei um eine direkt von der Kurbelwelle angetriebenen Synchron- oder Asynchronmaschine. Der Start einer Brennkraftmaschine läuft mit einem derartigen KSG deutlich geräuschärmer ab, da die Verzahnungsgeräusche eines herkömmlichen Ritzel-Starters entfallen. Weiter werden KSG genutzt, um eine Brennkraftmaschine unbefeuert zu schleppen oder ein Fahrzeug anzutreiben, sodass elektrisches Fahren mittels eines KSG ermöglicht wird.
  • Die Drehungleichförmigkeit, die durch das Schleppen einer Brennkraftmaschine entsteht, wird in nachteiliger Weise auf die Fahrzeugstruktur übertragen. Dadurch ergibt sich ein reduzierter Komfort während des Wegfahrens und während des Schleppens der Brennkraftmaschine.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Maßnahme aufzuzeigen, wie die Drehungleichförmigkeit im Schleppbetrieb einer Brennkraftmaschine verhindert oder verringert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch den Verfahrensschritt im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Überlagerung des notwendigen mittleren KSG-Maschinenmoments, das zum Antrieb der Brennkraftmaschine, bzw. zum Antrieb eines Fahrzeugs notwendig ist, mit einem zusätzlichen Wechselmoment. Das Wechselmoment sollte dabei aus energetischen Gründen keinen Nulldurchgang aufweisen. Dabei muss das Wechselmoment nicht zwangsweise invers zum mittleren Maschinenmoment der Brennkraftmaschine ausgeführt sein. Einfache periodische Signale wie z. B. eine Sinuskurve, die Überlagerung von zumindest zwei Sinus-Kurven, eine Rechteckkurve oder ein Sägezahnverlauf sind denkbar. Des Weiteren ist auch vorstellbar, dass durch eine geeignete Drehungleichförmigkeit zur Erkennung eines Unterschiedes in der Zylinderfüllung erfasst wird und daraufhin das KSG-Maschinenmoment entsprechend moduliert wird.
  • Das Verfahren gemäß Patentanspruch 2 ist aus energetischer Sicht bevorzugt zu verwenden.
  • Die Verfahren gemäß Patentanspruch 3 sind besonders bevorzugte Steuersignale.
  • Mit dem Verfahren nach Patentanspruch 4 wird ein Abkühlen einer nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage in vorteilhafter Weise vermieden.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand von fünf Figuren näher erläutert.
    • 1 zeigt ein notwendiges Antriebsmoment einer geschleppten Brennkraftmaschine (VM).
    • 2 zeigt ein notwendiges Antriebsmoment einer geschleppten Brennkraftmaschine (VM) sowie ein Wechselmoment eines KSG-Maschinenmoments (EM-Antrieb).
    • 3 zeigt ein Wechselmoment eines KSG-Maschinenmoments (EM-Antrieb) zur Reduzierung der Drehungleichförmigkeit.
    • 4 zeigt ebenfalls ein Wechselmoment eines KSG-Maschinenmoments (EM-Antrieb) zur Reduzierung der Drehungleichförmigkeit.
    • 5 zeigt das gleiche Diagramm wie 2, jedoch mit unterschiedlichen Füllgraden einzelner Zylinder.
  • Für alle fünf Figuren gilt, dass im jeweiligen Diagramm über eine Y-Achse ein Maschinenmoment M ohne eine Einheit und über eine X-Achse eine Zeit t, ebenfalls ohne eine Einheit, dargestellt ist.
  • 1 zeigt ein notwendiges Antriebsmoment einer Brennkraftmaschine im geschleppten Zustand (VM geschleppt). Ein mittleres Wechselmoment Mmittel ist durch einen zur Zeit t parallelen Strich dargestellt. Ein Wechselmoment, welches repräsentativ für die Kompressionsarbeit der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine im Schleppbetrieb ist, ist überlagert durch einen in etwa sinusförmigen Verlauf dargestellt.
  • Bild 2 zeigt nochmals das notwendige mittlere Wechselmoment Mmittel der geschleppten Brennkraftmaschine, sowie das Wechselmoment von Zylinder zu Zylinder entsprechend 1. Überlagert ist gepunktet dargestellt ein Wechselmoment welches durch einen erfindungsgemäß in den KSG-Antrieb (EM-Antrieb) periodischen Strom generiert wird, der der Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine weitgehend oder vollständig entgegenwirkt. Wie in 2 erkennbar ist, ist das Wechselmoment des KSG-Antriebs nahezu invers zu dem notwendigen Antriebsmoment der Brennkraftmaschine.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Überlagerung des notwendigen mittleren KSG-Maschinenmoments, das zum Antrieb der Brennkraftmaschine, bzw. zum Antrieb eines Fahrzeugs notwendig ist, mit einem zusätzlichen Wechselmoment. Das Wechselmoment sollte dabei aus energetischen Gründen keinen Nulldurchgang aufweisen. Dabei muss das Wechselmoment nicht zwangsweise invers zum mittleren Maschinenmoment der Brennkraftmaschine ausgeführt sein. Einfache periodische Signale wie z. B. eine Sinuskurve, die Überlagerung von zumindest zwei Sinus-Kurven, eine Rechteckkurve oder ein Sägezahnverlauf sind denkbar. Des Weiteren ist auch vorstellbar, dass durch eine geeignete Drehungleichförmigkeit zur Erkennung eines Unterschiedes in der Zylinderfüllung erfasst wird und daraufhin das KSG-Maschinenmoment entsprechend moduliert wird.
  • Somit ist eine einfache Maßnahme aufgezeigt, wie die Drehungleichförmigkeit im Schleppbetrieb einer Brennkraftmaschine verhindert oder verringert werden kann.
  • 3 zeigt einen von 2 abweichenden periodischen Stromverlauf zur Erzeugung des Wechselmoments im KSG-Antrieb zur Eliminierung der Drehungleichförmigkeit der geschleppten Brennkraftmaschine. In 3 ist das periodische Signal beispielsweise ein Rechteckverlauf, wobei dieser symmetrisch ist.
  • 4 zeigt nochmals den gleichen Sachverhalt wie 3, nur dass in 4 ein asymmetrischer Verlauf des periodischen Stroms dargestellt ist. Neben diesem symmetrischen bzw. asymmetrischen Rechteckverlauf ist es auch möglich, dass der periodische Strom ein sinusförmiges Signal oder durch die Überlagerung von zumindest zwei sinusförmigen Signalen oder durch ein sägezahnförmiges Signal dargestellt ist.
  • 5 zeigt nochmals den gleichen Zusammenhang wie 2, nur mit dem Unterschied, dass die Zylinder unterschiedliche Füllgrade aufweisen (Füllungsunterschiede). Die Zylinder sind mit Z1 bis Z6 beziffert. Wie 5 entnehmbar ist, weisen die Zylinder 1 und 6 einen größeren Füllgrad (höhere Ausdehnung über die Y-Achse) auf als die Zylinder 2, 3, 4 und 5. Hierdurch resultiert eine schwankende Drehungleichförmigkeit, abhängig von dem Füllgrad der einzelnen Zylinder. Analog zu 2 erfolgt der Ausgleich der Drehungleichförmigkeit entsprechend dem unterschiedlichen Füllgrad der jeweiligen Zylinder 1 bis 6.
  • Für alle oben genannten Betriebsverfahren weisen bevorzugt zumindest die Gaswechseleinlassventile der Brennkraftmaschine während des Schleppbetriebs eine verringerte Hubhöhe oder keine Hubhöhe auf. Dies bedeutet, dass während eines Schleppbetriebs die Hubhöhe der Gaswechseleinlassventile gegenüber einem Normalbetrieb verringert wird, bzw. die Gaswechseleinlassventile überhaupt nicht geöffnet werden. Dies kann beispielsweise mit einem hubvariablen Ventiltrieb, wie z. B. der BMW Valvetronic oder mit Schaltassen oder Schaltschlepphebeln erfolgen.
  • In einer Weiterbildung können auch die Gaswechselauslassventile der Brennkraftmaschine während des Schleppbetriebs eine verringerte Hubhöhe oder keine Hubhöhe, einen sog. „Nullhub“ aufweisen.
  • Durch diese Maßnahme wird ein Abkühlen einer nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage vermieden, so dass diese für einen längeren Zeitraum ihre Betriebstemperatur beibehält. Auch ein unkontrolliertes Freibrennen von Ruß in einem Partikelfilter wird durch diese Maßnahme sicher verhindert.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Drehungleichförmigkeit einer Brennkraftmaschine im Schleppbetrieb in vorteilhafter Weise weniger in die Fahrzeugstruktur übertragen. Dadurch wird ein komfortabler Betrieb im Schleppbetrieb, beim elektrischen Verfahren gewährleistet.
  • 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
    • DE 19941705 A1 [0002]
    • AT 500426 A3 [0003]
    • DE 102008063750 A1 [0004]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit einer Hybrid-Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hybrid-Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine aufweist und einen Kurbelwellen-Starter-Generator (KSG), der axial drehfest an eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei ein Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine und ein rein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeuges einstellbar ist, mit folgendem Verfahrensschritt bei einem Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine: - Einspeisen eines periodischen Stroms in den KSG, der ein Moment erzeugt, das einer Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine entgegen wirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom keinen Nulldurchgang aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der periodische Strom ein sinusförmiges Signal oder durch Überlagerung von zumindest zwei sinusförmigen Signalen oder durch ein rechteckförmiges oder sägezahnförmiges Signal in den KSG eingespeist wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Gaswechseleinlassventile der Brennkraftmaschine während des Schleppbetriebs eine verringerte Hubhöhe oder keine Hubhöhe aufweisen.
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