DE10221036B4

DE10221036B4 - Folgeschadensicheres Verfahren und System zur Regelung der Motorkühlung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE10221036B4
Application number: DE10221036.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Scott Gee
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2022-05-04
Also published as: US20050139400A1; US20020163198A1; CA2384477A1; DE10221036A1; US8342272B2

Abstract

Folgeschadensicheres Verfahren zur Regelung der Motorkühlung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (24), einem Generator-Motor (30), einem elektrischen Antriebsmotor (38) und einem Fahrzeug-Systemregler (46), wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors (24) eine vorbestimmte kalibrierbare Höhe überschreitet, mit den Schritten: – Überwachung der Temperatur des Verbrennungsmotors (24); – bei Überschreitung eines vorbestimmten kalibrierbaren Schwellenwertes der Temperatur des Verbrennungsmotors (24) Einschaltung eines zentralen Steuermodus (84) für Auswirkungen einer ausgefallenen Betriebsart; – Prüfung, ob der Verbrennungsmotor (24) betrieben werden muss durch Vergleich der momentan verfügbaren Leistung mit der Leistungsanforderung im zentralen Steuermodus (84) und Prüfung, ob der Ladezustand der Batterie (36) nicht den Anforderungen entspricht; – wenn nein, Abschaltung des Verbrennungsmotors (24) und Bereitstellung der erforderlichen Leistung durch den elektrischen Antriebsmotor (38); oder – wenn ja, dann: – Reduzierung der vom Verbrennungsmotor (24) bereit gestellten Leistung durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr und Zündung eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors (24) in regelmäßig abwechselndem Rhythmus; und/oder – Vorgabe einer vorbestimmten kalibrierbaren Drehzahl für den Verbrennungsmotor (24) zur Optimierung der Drehmomentschwankungen und der Temperatur des Verbrennungsmotors (24); und/oder – Regelung der Drehzahl von mindestens einer Fördereinrichtung (60, 74) für Kühlmedien in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors (24).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Regelung der Motorkühlung eines Hybrid-Elektrofahrzeuges, um dieses im Notfall ohne Folge-Schaden zu betreiben.
Es ist die Notwendigkeit bekannt, den Verbrauch fossiler Brennstoffe und von Emissionen in Kraftfahrzeugen und anderen durch Verbrennungsmotoren (ICE) angetriebenen Fahrzeugen zu reduzieren. Diesen Notwendigkeiten versucht man sich mit durch Elektromotoren angetriebenen Fahrzeugen zuzuwenden. Leider weisen Elektrofahrzeuge eine beschränkte Reichweite und begrenzte Leistungsvermögen auf. Außerdem benötigen Elektrofahrzeuge eine erhebliche Zeit, um ihre Batterien wieder aufzuladen. Eine Ausweichlösung besteht darin, in einem Fahrzeug einen kleineren Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Antriebsmotor zu kombinieren. Solche Fahrzeuge sind als Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) bekannt ( US-Patent 5,343,970 ).
Das HEV ist in vielfältigen Ausführungen beschrieben. Viele Patente für HEV offenbaren Systeme, bei denen es erforderlich ist, dass eine Bedienperson zwischen elektrischem Betrieb und Betrieb mit Verbrennungsmotor auswählt. In anderen Ausführungen treibt der Elektromotor eine Gruppe von Rädern und der Verbrennungsmotor eine andere Gruppe von Rädern an.
Es wurden andere, brauchbarere Ausführungen entwickelt. Zum Beispiel ist die Reihenausführung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (SHEV) ein Fahrzeug mit einem Motor, typischerweise ein Verbrennungsmotor, der mit einer Generator genannten elektrischen Maschine verbunden ist. Der Generator liefert wiederum Strom für eine Batterie und einen weiteren Motor, der Antriebsmotor genannt wird. Im SHEV ist der Antriebsmotor die einzige Quelle des Raddrehmoments. Zwischen dem Motor und den Antriebsrädern gibt es keine mechanische Verbindung. Die Parallelausführung des Hybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV) besitzt einen Motor, typischerweise einen Verbrennungsmotor, ICE, und einen Elektromotor, die zusammen das notwendige Drehmoment am Rad bereitstellen, um das Fahrzeug anzutreiben. Zusätzlich kann in der PHEV Ausführung der Motor als Generator genutzt werden, um die Batterie aus der durch den ICE erzeugten Energie zu laden.
Die US 6 209 672 B1 offenbart ein Hybrid-Fahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Generator-Motor (Starter-Motor) und einen elektrischen Antriebsmotor aufweist, wobei das Drehmoment der drei Motoren durch eine Kupplung auf einer Achse an das Differential übertragen werden kann. Dabei sind der Starter Motor und der Antriebsmotor durch jeweils eine zugeordnete Inverter/Ladeeinrichtung so ausgelegt, dass sie jeweils nach Bedarf auch als Generatoren arbeiten können. Je nach Anforderungsprofil an das bereitzustellende Drehmoment, kann das Hybrid-Fahrzeug rein elektrisch, allein durch Verbrennungsmotor oder durch Betrieb des Verbrennungs- und des elektrischen Antriebsmotors gefahren werden.
Ein Parallel-/Reihen-Hybrid-Elektrofahrzeug (PSHEV) besitzt Eigenschaften sowohl der PHEV Ausführung als auch der SHEV Ausführung und ist typischerweise als Ausführung mit ”Leistungsaufteilung” bekannt. Im PSHEV ist der Verbrennungsmotor mechanisch mit zwei Elektromotoren in einer Achseinheit mit Planetengetriebe, Kupplung und Differential verbunden. Ein erster Elektromotor, ein Generator, ist mit einem Sonnenrad verbunden und der ICE ist mit einem Zwischenrad verbunden. Ein zweiter Elektromotor, ein Antriebsmotor, ist über ein zusätzliches Getriebe in einer Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential mit einem Tellerrad (Ausgang) verbunden
Das Drehmoment des Motors treibt den Generator an, um die Batterie zu laden, wobei das resultierende Drehmoment am Tellerrad zum Drehmoment am Rad (Abtriebswelle) beiträgt. Der Antriebsmotor wird auch verwendet, um zum Drehmoment am Rad beizutragen und Bremsenergie zum Aufladen der Batterie zurückzugewinnen, wenn ein Nutzbremssystem verwendet wird. In dieser Ausführung kann der Generator selektiv ein Reaktionsmoment bereitstellen, das zur Regelung der Motordrehzahl verwendet werden kann. Tatsächlich kann der Verbrennungsmotor, der Generator-Motor und der Antriebsmotor eine kontinuierliche, einstellbare Drehzahlübertragung bewirken.
Außerdem stellt das HEV eine Möglichkeit bereit, um die Leerlaufdrehzahl eines Motors gegenüber normalen Fahrzeugen besser zu regeln, indem der Generator zur Regelung der Motordrehzahl verwendet wird. Es ist klar, dass die Kombination eines Verbrennungsmotors mit Elektromotoren wünschenswert ist. Es ist ein großes Potenzial vorhanden, um den Verbrauch von Kraftstoff und Emissionen des Verbrennungsmotors ohne beträchtlichen Verlust bei der Leistungsfähigkeit oder Steuerbarkeit des Fahrzeugs zu reduzieren. Trotzdem müssen neue Möglichkeiten entwickelt werden, um diese potenziellen Nutzen eines HEV zu optimieren.
Ein solches Entwicklungsgebiet ist die Entwicklung von verbesserten Steuersystemen, die ermöglichen können, dass das HEV den Betrieb auch nach einer Funktionsstörung des Kühlmittelsystems des Motors fortsetzt. Es ist allgemein bekannt, dass Störungen in Motorkühlsystemen einen Schaden des Motors wegen übermäßiger Überhitzung verursachen können. Solche Funktionsstörungen bestehen oft im Verlust von Kühlmitteln. Ein Verlust von Kühlmittel kann plötzlich auf Grund einer Undichtheit im Kühlsystem sein. Alternativ dazu können Funktionsstörungen durch Überhitzung ohne Verlust von Kühlmittel auftreten, wenn das Kühlmittel-Zirkulationssystem gestört ist wie beim Ausfall einer Wasserpumpe.
Verfahren, die es ermöglichen einen Motor nach Ausfall des Kühlmittelsystems ohne Schaden weiter zu betreiben, sind als ”folgeschadensichere Kühlung” im Stand der Technik bekannt. Bei einem solchen folgeschadensicheren Verfahren nach dem Stand der Technik werden für die Zylinder des Motors abwechselnd Abschaltungen von Kraftstoffzuführung und Zündung vorgenommen. Zum Beispiel ist im US-Patent 5,555,871 ein Sensor für die Temperatur des Motorzylinderkopfes und das Steuersystem beschrieben. Wenn die Zylinderkopftemperatur einen Schwellenwert überschreitet, deaktiviert das Steuersystem einen oder mehrere der Motorzylinder. Das Steuersystem dreht die Deaktivierung des Funkens vom Zylinder, so dass kein Zylinder ständig gezündet wird. Bei Deaktivierung wird Frischluft durch die Zylinder gesaugt, die den Motor kühlt.
Im Stand der Technik wird außerdem die regelmäßige Änderung eines Kraftstoffdurchflusses zur Deaktivierung einer Zylindergruppe beschrieben, wenn ein Temperaturschwellenwert durchlaufen ist. In dieser folgeschadensicheren Betriebsart wird das Kraftstoff-Luftgemisch der aktivierten Zylindergruppe eingestellt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu begrenzen und die Laufzeit zu verlängern ( US-Patent 4,473,045 ).
Im Stand der Technik wird durch die DE 197 19 792 A1 auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur eines Mediums und insbesondere eines Kühlmediums offenbart. In diesem Zusammenhang wird eine optimierte drehzahlgesteuerte Kühlmittelpumpe für einen Verbrennungsmotor beschrieben, welche die Effizienz der Kühlung gegenüber herkömmlichen Kühlsystemen in Kraftfahrzeugen erhöht und die eine Temperaturregulierung der Kühlwassertemperatur gegenüber einem Sollwert vorsieht.
Im Stand der Technik existieren verschiedene andere folgeschadensichere Systeme. Gemäß US-Patentschrift 5,094,192 verlangsamt sich die Zündung als Reaktion auf den Ausfall einer Kühlmittelpumpe. Dies begrenzt Belastung und Drehzahl des Motors.
Andere folgeschadensichere Verfahren zur Verringerung von Motorwärme bei Ausfall des Kühlmittelsystems steuern eine Wasserpumpe oder ein Kühlgebläse an, um den Motorraum zu kühlen ( US-Patentschrift 4,977,862 ). Ähnlich beschreibt US-Patentschrift 5,065,705 ein der Drehzahl des Motors zugrunde gelegtes System, das die abgegebene Motorleistung verringert, wenn es eine Überhitzung des Motors voraussagt.
Obwohl die folgeschadensicheren Systeme im Stand der Technik, wenn sie auf normale Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ICE angewandt werden, brauchbar sind, kann das HEV zusätzliche Verfahren nutzen, um den Schaden eines Motors bei Ausfall seines Kühlmittelsystems zu reduzieren. Zum Beispiel kann es den Betrieb des Motors beschränken oder sogar abschalten und ein Drehmoment durch seinen Antriebsmotor bereitstellen. Ferner bewirkt das HEV andere Herausforderungen an die Ausführung, mit denen man im Stand der Technik keine Erfahrung hat. Die folgeschadensicheren Systeme im Stand der Technik lassen sich zum Beispiel typischerweise auf einen großen Verbrennungsmotor mit sechs oder mehr Zylindern anwenden. In kleineren Verbrennungsmotoren, vier Zylinder oder weniger, wie die, die in einem HEV anzutreffen sind, wären die abgegebene Motorleistung und Schallschwingungen sowie rupfender Betrieb mit Drehmomentschwankungen (NVH) unakzeptabel, wenn folgeschadensicheren Systeme des Standes der Technik verwendet werden.
NVH bedeutet: unangenehmer Schall, Schwingungen oder rupfender Betrieb, der durch die Bedienperson des Fahrzeugs oder seine Insassen als unangenehm empfunden werden. NVH kann durch Luft oder die Fahrzeugstrukturteile übertragen werden und offenbart sich typischerweise selbst in Form von Schwingungen, die am Lenkrad, Sitz, Fußpedale oder vibrierendem Spiegel wahrgenommen oder als lautes Geräusch bei einer bestimmten Motordrehzahl oder Geschwindigkeit hörbar werden.
Wegen der Nachteile des Standes der Technik bei Anwendung auf ein HEV zusätzlich zu dessen Unfähigkeit, die durch das HEV zur Verfügung gestellten Vorteile zu nutzen, ist ein neuer Typ eines folgeschadensicheren Systems für HEV notwendig. Leider existiert kein solches folgeschadensicheres System für HEV.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes und alternatives Verfahren und ein System einer folgeschadensicheren Regelung der Motorkühlung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) bereitzustellen, wenn die Motortemperatur eine vorbestimmte kalibrierbare Höhe überschreitet, wenn beispielsweise ein Kühlmittelsystem des Fahrzeugs ausfällt.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfasst.
Eine Lösung ist die Bereitstellung eines folgeschadensicheren Verfahrens und Systems, das die abgegebene Motorleistung und NVH (Drehmomentsschwankungen) reduziert, wodurch die Reichweite des HEV bedeutend erhöht wird; dabei wird die maximale abgegebene Leistung des Motors auf die Hälfte seiner normalen Funktion reduziert, wodurch eine Motortemperatur, NVH des Fahrzeugs und eine Reichweite aufrechterhalten werden, die annehmbar sind.
Das folgeschadensichere Verfahren und System führt nicht zum Stoppen des Motorlaufs, jedoch wird ein Betrieb des Motors bei Bedarf mit einem Verfahren der Kraftstoffabstellung für einen oder mehrere Zylinder in einer abwechselnden Form ermöglicht.
Dabei kann es die Gewährleistung geben, dass das HEV nicht in einer parallelen Betriebsart läuft, wobei der Generator zur Erzeugung von Ladung für die Batterie nicht mit dem Motor gekoppelt ist. Bei diesem Verfahren und System werden die Drehmomentschwankungen von den Rädern getrennt und NVH reduziert.
Weiterer Vorteile der Erfindung ist es, den Motorbetrieb mit einer Drehzahl zu erzwingen, die wegen des reduzierten NVH und verringerter Motortemperatur optimiert ist.
Dabei kann die Erfindung die Kühlgebläse des HEV auf eine optimale Drehzahl regeln, um die elektrische Belastung auf ein Mindestmaß zu reduzieren, während die Luftzirkulation maximiert wird, was der Geschwindigkeit des HEV und der Motortemperatur zugrunde gelegt ist.
Diese Vorteile und Merkmale werden durch die nachstehende Beschreibung der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung deutlich.
Es zeigen:
1 die allgemeine Ausführung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV);
2 die Ausführung eines Motor-Kühlmittelsystems mit einer elektrischen Kühlmittelpumpe;
3 die Steuerstrategie nach der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge, spezieller Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV). 1 stellt nur eine mögliche Ausführung, speziell die Parallel-Reihen-Ausführung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs mit Leistungsaufteilung dar.
In einem HEV verbindet eine Planetengetriebegruppe 20 über eine Freilaufkupplung 26 mechanisch ein Zwischenrad 22 mit einem Verbrennungsmotor 24. Die Planetengetriebegruppe 20 koppelt außerdem ein Sonnenrad 28 mechanisch mit einem Generator-Motor 30 und einem Tellerrad 32 (Abtrieb). Der Generator-Motor 30 ist auch mit einer Generatorbremse 34 mechanisch verbunden und elektrisch an eine Batterie 36 angeschlossen. Der Antriebsmotor 38 ist über eine zweite Getriebegruppe 40 mechanisch mit dem Tellerrad 32 der Planetengetriebegruppe 20 verbunden und elektrisch an die Batterie 36 angeschlossen. Das Tellerrad 32 der Planetengetriebegruppe 20 und der Antriebsmotor 38 sind über eine Abtriebswelle 44 mechanisch mit den Antriebsrädern 42 gekoppelt.
Die Planetengetriebegruppe 20 teilt die abgegebene Energie des Verbrennungsmotors 24 in einen direkten Übertragungsweg vom Motor 24 zum Generator-Motor 30 und einen parallelen Übertragungsweg von dem Motor 24 zu den Antriebsrädern 42. Die Drehzahl des Motors 24 kann geregelt werden, indem die Aufteilung auf den direkten Übertragungsweg verändert wird, während durch den parallelen Übertragungsweg eine mechanische Verbindung aufrechterhalten wird. Der Antriebsmotor 38 verbessert die Leistung des Motors 24 auf die Antriebsräder 42 auf dem parallelen Übertragungsweg durch die zweite Getriebegruppe 40. Der Antriebsmotor 38 bewirkt auch die Möglichkeit, Energie vom direkten Übertragungsweg, im wesentlichen abfließende Energie, die durch den Generator-Motor 30 erzeugt wird, direkt zu nutzen, wodurch die mit der Umwandlung von Energie in chemische Energie und aus dieser in der Batterie 36 verbundenen Verluste reduziert werden.
Ein Systemregler (VSC) 46 des Fahrzeugs steuert in dieser HEV-Ausführung viele Komponenten, indem jeder Regler einer Komponente geschaltet wird. Der VSC 46 enthält außerdem einen Antriebsstrang-Steuermodul (PCM). Der VSC 46 und der PCM sind tatsächlich getrennte Regler, obwohl sie, wie hier dargestellt, in der gleichen Einheit aufgenommen sein können.
Der VSC 46 ist mit dem Verbrennungsmotor 24 über eine verdrahtete Schnittstelle und der Steuereinheit (ECU) 48 des Motors verbunden. Die ECU 48 und der VSC 46 können wie der PCM in der gleichen Einheit basiert sein, sind aber tatsächlich getrennte Regler. Der VSC 46 ist auch durch ein Übertragungsnetz, wie das Regler-Bereichsnetz 54, mit einer Batterie-Steuereinheit (BCU) 50 und einer zentralen Steuereinheit (TMU) 52 der Antriebseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential verbunden. Die BCU 50 ist mit der Batterie 36 durch eine verdrahtete Schnittstelle verbunden. Die TMU 52 steuert den Generator-Motor 30 und den Antriebsmotor 38 über die verdrahtete Schnittstelle.
Die grundlegende HEV Ausführung kann auch vielfältige Möglichkeiten zur Kühlung des Verbrennungsmotors 24 aufweisen. Zum Zweck der Veranschaulichung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in 2 das Schema eines Kühlsystems im Stand der Technik für ein normales Fahrzeug mit einer elektrischen Kühlmittelpumpe gezeigt. Die elektrische Kühlmittelpumpe 60 pumpt Kühlmittel in den Verbrennungsmotor 24. Wenn das Kühlmittel durch den Motor 24 läuft, nimmt es durch Leitung Wärme auf, die durch die Verbrennung im Motor 24 erzeugt wird. Die Temperatur wird durch ein Sensor der Motortemperatur (ETS) 62 gemessen und zu einem Betriebsspiel-Regler 64 der Pumpe unter der Steuerung des VSC 46 sowie zum VSC 46 geleitet. Der ETS 62 kann ein Sensor für die Temperatur des Motorkühlmittels oder ein Sensor für die Temperatur des Zylinderkopfes sein.
Die Drehzahl der elektrischen Kühlmittelpumpe 60 wird entsprechend dem Signal vom ETS 62 gesteuert. Zum Beispiel hat die elektrische Kühlmittelpumpe 60 einen Volumendurchsatz von 100%, wenn die Temperatur des Motors 24 verhältnismäßig hoch ist.
Das Kühlmittel bewegt sich weiter durch den Kreislauf zu einem Thermostaten 66 und einem Heizvorrichtungseinsatz 68. Der Heizvorrichtungseinsatz 68 führt auf der Basis einer Anforderung des Fahrers, beispielsweise die Wahl von Wärme und Gebläsedrehzahl am Armaturenbrett, aus dem Kühlmittel Wärme in den Fahrgastraum ab. Der Thermostat 66 regelt die Kühlmittelmenge, die durch einen Wärmeaustauscherweg des Systems kann.
Wenn das Kühlmittel heiß ist, ermöglicht der Thermostat 66, dass das Kühlmittel sich in einen Wärmeaustauscher (Kühler) 70 bewegt, wobei der Luftstrom über dem Kühler 70 dem Kühlmittel Wärme entzieht. Der Luftstrom L kann über dem Kühler 70 erhöht werden, indem zumindest ein Kühlgebläse 74 unter der Steuerung des VSC zugeschaltet wird. Das Kühlgebläse 74 erhöht nicht nur den Luftstrom über dem Kühler 70, sondern auch über dem gesamten Motorraum 24.
Von dem Kühler 70 wird das Kühlmittel in die elektrische Kühlmittelpumpe 60 zurückgesaugt. Wenn das Kühlmittel kalt ist, ermöglicht der Thermostat 66, dass das Kühlmittel durch eine Umgehungsleitung 72 des Thermostaten und einen Heizvorrichtungseinsatz 68 des Systems unmittelbar in die elektrische Kühlmittelpumpe 60 zurückfließen kann. Da der Heizvorrichtungseinsatz 68 auch Kühlmittel aufnimmt, wirkt er wie ein Wärmeaustauscher, der bei Bedarf den Fahrgastraum mit Wärme aus dem Kühlmittel belüftet. Nachdem das Kühlmittel den Heizvorrichtungseinsatz 68 verlassen hat, fließt es in die elektrische Kühlmittelpumpe 60 zurück.
Die vorliegende Erfindung stellt innerhalb des VSC 46 ein Verfahren und ein System zur Verfügung, damit das Fahrzeug den Betrieb fortsetzen kann, wenn sein Kühlmittelsystem ausgefallen ist. In einem Verfahren und System dieser Strategie werden in einer folgeschadensicheren Betriebsart der Kühlung die Kraftstoffzuführung und das Zünden von Zylindern des Verbrennungsmotors 24 regelmäßig abgewechselt. Dieses Verfahren und System führen dazu, dass der Verbrennungsmotor 24 effektiv die Hälfte seiner abgegebenen normalen Leistung und zusätzlichen Schallschwingungen sowie rauen Betriebes (NVH) auf Grund der zusätzlichen Zeit zwischen Zündvorgängen in diesem zentralen Steuermodus für Auswirkungen einer ausgefallenen Betriebsart (FMEM) erzeugt. Ferner ist der Verbrennungsmotor 24 im HEV kleiner als in normalen Fahrzeugen, wobei der Betrieb des Motors 24 nicht so eng an den Fahrzeugbetrieb gebunden ist. Die Drehzahl eines HEV-Motors 24 kann unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit sein, und NVH des Motors 24 kann von den Antriebsrädern 42 getrennt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es dem VSC 46, den Betrieb des Motors 24 zentral zu steuern, um akzeptable Werte für Motortemperaturen 24, NVH des Fahrzeugs und eine vergrößerte Reichweite zu erhalten.
Das Steuersystem und Verfahren der vorliegenden Erfindung wird durch das Ablaufdiagramm von 3 veranschaulicht. Der VSC 46 überwacht beim Schritt 80 die Temperatur des Verbrennungsmotors 24 von dem ETS 62. Im Schritt 82 bestimmt der VSC 46, ob die Motortemperatur 24 zu hoch ist. Wenn die Motortemperatur 24 zu hoch ist (Yes), wie es durch einen vorbestimmten kalibrierbaren Schwellenwert definiert wird, weist der VSC 46 den zentralen Steuermodus für Auswirkungen einer ausgefallenen Betriebsart (FMEM) 84 an. Ansonsten (No) wird die Überwachung fortgesetzt. Dieser Schwellenwert würde eingestellt werden, wenn ein Versagen des Kühlsystems des Fahrzeugs wahrscheinlich ist oder aus welchem Grund auch immer sich der Motor 24 auf einer genügend hohen Temperatur befindet, bei der sich ein Schaden ergeben könnte, wenn er normal weiter arbeitet. In dem FMEM 84 Betriebsmodus prüft der Algorithmus, um festzustellen, ob der Motor 24 beim Schritt 86 betrieben werden muss. Der Betrieb des Motors 24 kann beispielsweise auf Grund einer Anforderung des Fahrers, des Ladezustands der Batterie und Anforderungen hinsichtlich Luft/Klimaregelung erforderlich sein. Wenn der Betrieb des Motors 24 nicht erforderlich ist (No), wird der VSC den Motor 24 zwingen, beim Schritt 88 abzuschalten. Wenn der Betrieb des Motors 24 erforderlich ist (Yes), schränkt der VSC davor ein, das sich das System im Schritt 90 in paralleler Betriebsart befindet, d. h. gewährleistet, dass die Generatorbremse 34 nicht angewandt wird. Dies wird Drehmomentschwankungen von den Rädern isolieren und damit den von der Bedienperson erkannten NVH reduzieren.
Als nächstes wird im Schritt 92 Kraftstoff zu einem oder mehreren Zylindern des Motors 24 in regelmäßig abwechselndem Rhythmus abgestellt. Dies regelt die Temperatur des Motors 24, indem es abwechselnd Zylindern erlaubt wird, sich abzukühlen, weil keine Verbrennung stattfindet und kalte Luft hindurchgeleitet wird, wenn für diesen Zylinder kein Kraftstoff vorhanden ist.
Als nächstes wird im Schritt 94 der Motor 24 gezwungen, mit der vorbestimmten kalibrierbaren Drehzahl zu arbeiten, die den NVH und die Temperatur des Motors 24 optimiert.
Als nächstes wird im Schritt 96 die Drehzahl der Kühlgebläse 74 entsprechend dem Signal vom VSC 46 geregelt. Wenn die Motortemperatur 24 relativ hoch ist, laufen die Kühlgebläse 74 zum Beispiel mit hundertprozentiger Drehzahl, um Luft nicht nur über den Wärmeaustauscher 70 sondern auch direkt über den Verbrennungsmotor 24 zu drücken. Trotzdem regelt der VSC die Temperatur des Kühlgebläses 74, um die elektrische Belastung auf ein Mindestmaß zu reduzieren und die Luftzirkulation, die der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Temperatur des Motors 24 zugrundeliegt, zu maximieren. Danach endet der Verfahrensalgorithmus (End).
Die oben beschriebene vorliegende Erfindung ist so ausgelegt, dass ein VSC 46 den Fahrzeugbetrieb zentral steuern kann, um eine annehmbare Temperatur des Motors 23 aufrechtzuerhalten, den NVH des Fahrzeugs auf ein Mindestmaß zu reduzieren und die Reichweite des Fahrzeugs im Falle eines Ausfalls des Fahrzeugkühlsystems weitgehend zu erhöhen.

Claims

Folgeschadensicheres Verfahren zur Regelung der Motorkühlung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (24), einem Generator-Motor (30), einem elektrischen Antriebsmotor (38) und einem Fahrzeug-Systemregler (46), wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors (24) eine vorbestimmte kalibrierbare Höhe überschreitet, mit den Schritten: – Überwachung der Temperatur des Verbrennungsmotors (24); – bei Überschreitung eines vorbestimmten kalibrierbaren Schwellenwertes der Temperatur des Verbrennungsmotors (24) Einschaltung eines zentralen Steuermodus (84) für Auswirkungen einer ausgefallenen Betriebsart; – Prüfung, ob der Verbrennungsmotor (24) betrieben werden muss durch Vergleich der momentan verfügbaren Leistung mit der Leistungsanforderung im zentralen Steuermodus (84) und Prüfung, ob der Ladezustand der Batterie (36) nicht den Anforderungen entspricht; – wenn nein, Abschaltung des Verbrennungsmotors (24) und Bereitstellung der erforderlichen Leistung durch den elektrischen Antriebsmotor (38); oder – wenn ja, dann: – Reduzierung der vom Verbrennungsmotor (24) bereit gestellten Leistung durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr und Zündung eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors (24) in regelmäßig abwechselndem Rhythmus; und/oder – Vorgabe einer vorbestimmten kalibrierbaren Drehzahl für den Verbrennungsmotor (24) zur Optimierung der Drehmomentschwankungen und der Temperatur des Verbrennungsmotors (24); und/oder – Regelung der Drehzahl von mindestens einer Fördereinrichtung (60, 74) für Kühlmedien in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors (24).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine ausreichende Leistungsbereitstellung für das Fahrzeug das Reduzieren der Leistung des Verbrennungsmotors (24) auf die Hälfte seiner normalen Betriebsleistung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Minimierung der Drehmomentschwankungen und damit einhergehenden Schallschwingungen und Rauigkeit (NVH) erzielt wird, indem verhindert wird, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug in einer parallelen Betriebsart läuft, wobei der Generator zur Erzeugung von Ladung für die Batterie nicht mit dem Motor gekoppelt ist, wodurch die Drehmomentschwankungen von den Rädern getrennt und die NVH reduziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Motorraum-Kühlgebläse (74) auf eine solche Drehzahl geregelt wird, die die elektrische Belastung auf ein Mindestmaß reduziert und die eine der Fahrzeuggeschwindigkeit und Motortemperatur zugrunde liegende optimale Luftzirkulation im Motorraum erreicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausreichende Energiezuführung des Fahrzeugs beschränkt wird, um den Verbrennungsmotor (24) auf die Hälfte seiner normalen Leistung zu reduzieren, indem für die Hälfte der Zylinder des Verbrennungsmotors (24) Kraftstoff und Zündung in einer regelmäßig abwechselnden Form abgeschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors (24) abgebrochen wird, auf einer Anforderung des Fahrers, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Ladezustand der Batterie (36) oder Anforderungen an eine Klimatisierung basiert.
Vorrichtung zum folgeschadensicheren Regeln einer Motorkühlung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors (24) eine vorbestimmte, kalibrierbare Höhe überschreitet, umfassend: – einen elektrischen Antriebsmotor (38); – einen Verbrennungsmotor (24); – einen Generator-Motor (30); – einen Motortemperatur-Sensor (62); – einen Fahrzeug-Systemregler (46); – Mittel zum Kühlen des Verbrennungsmotors (24) mit Kühlmedien zur Aufrechterhaltung sicherer und effizienter Betriebstemperaturen des Verbrennungsmotors (24); – Mittel zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr und der Zündung eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors (24) in regelmäßig abwechselndem Rhythmus; – Mittel zur Aufrechterhaltung annehmbarer Temperaturen des Verbrennungsmotors (24), zur Verlängerung der Reichweite des Fahrzeugs, zur Bereitstellung ausreichender Leistung für das Fahrzeug und zur Verringerung von Schall und Schwingungen im rauen Betrieb bei Ausfall der Kühlung des Verbrennungsmotors (24), – Vorrichtung für eine Überwachung des Ladezustands der Batterie (36), wobei, falls der Ladezustand der Batterie (36) den Anforderungen entspricht, eine Abschaltung des Verbrennungsmotors (24) vorgesehen ist und der elektrische Antriebsmotor (38) ausgelegt ist, die bereitzustellende Leistung allein aufzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch steuerbare Fördereinrichtungen (60, 74) für die Kühlmedien, wobei vorzugsweise mindestens eine der steuerbaren Fördereinrichtungen (60, 74) für die Kühlmedien eine auf der Basis der Temperatur des Verbrennungsmotors (24) optimierte drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe (60) ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, gekennzeichnet durch zumindest ein auf eine solche Drehzahl geregeltes Motorraum-Kühlgebläse (74), dass die elektrische Belastung auf ein Mindestmaß reduziert und eine der Fahrzeuggeschwindigkeit und Motortemperatur zugrunde liegende optimale Luftzirkulation im Motorraum erreichbar ist.