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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist bekannt, dass jedes Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang ausgerüstet ist, also mit einer Gruppe von Bauteilen und/oder Vorrichtungen, die der Erzeugung mechanischer Kraft und der Übertragung derselben auf den Achsantrieb des Kraftfahrzeuges, beispielsweise auf die Antriebsräder eines Autos, dient.
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Mit der Absicht, den Kraftstoffverbrauch und die verschmutzenden Emissionen zu reduzieren, haben zahlreiche Autohersteller bereits vorgeschlagen, ihre Kraftfahrzeuge mit einem Hybrid-Antriebsstrang auszurüsten.
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Ein Hybrid-Antriebsstrang umfasst allgemein einen Verbrennungsmotor (ICE), beispielsweise einen Selbstzündermotor (Dieselmotor) oder einen Ottomotor (Benzin- oder Gasmotor), und eine elektrische Motor-Generator-Einheit (MGU). Die MGU kann als Elektromotor zur Unterstützung oder Ersetzung des ICE beim Antrieb des Kraftfahrzeugs betrieben werden und auch als Stromgenerator dienen, insbesondere wenn das Kraftfahrzeug bremst, um eine damit verbundene Batterie aufzuladen. Die Batterie ist ihrerseits dazu vorgesehen, die MGU mit Strom zu versorgen, wenn diese als Elektromotor tätig ist.
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Der Hybrid-Antriebsstrang wird normalerweise von zwei elektronischen Steuereinheiten (ECUs) gesteuert – einem Motorsteuermodul (Engine Control Module – ECM) und einem Hybridsteuermodul (HCP). Während des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs bestimmt das HCP einen Gesamtwert mechanischer Energie, die vom Hybrid-Antriebsstrang auf den Achsantrieb des Kraftfahrzeugs zu übertragen ist. Dieser Gesamtwert wird allgemein auf der Grundlage der Stellung eines Gaspedals des Kraftfahrzeugs bestimmt, das vom Fahrer oder der Fahrerin unmittelbar betätigt wird. Dann teilt das HCP den Gesamtwert der mechanischen Energie in einen ersten Teilwert, der vom ICE zu liefern ist, und einen zweiten Teilwert, der von der MGU zu liefern oder zu absorbieren ist. Diese Aufteilungsoperation wird allgemein nach einer festgelegten Strategie durchgeführt, die als Hybridoptimierungsstrategie (HOS) bezeichnet wird. Schließlich sendet das HCP den ersten Teilwert an das ECM, das die Einspritzungen von Kraftstoff in den ICE entsprechend steuert, während das HCP selbst die MGU betätigt, um den zweiten Teilwert zu liefern oder zu absorbieren.
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Ausgehend von dieser Situation zielt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs eines Hybrid-Antriebsstrangs und damit auf die Steigerung von dessen Energieeffizienz ab.
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Ein weiteres Ziel besteht darin, diese Intention mit einer einfachen, rationalen und einigermaßen kostengünstigen Lösung zu verwirklichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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sDieses und/oder andere Ziele werden anhand der Merkmale der Ausführungsbeispiele der Erfindung wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben erreicht. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Merkmale der Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Insbesondere schafft ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Hybrid-Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Motor-Generator-Einheit und eine elektronische Steuereinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, einen Drehmomentwertes zu bestimmen, der vom Verbrennungsmotor bereitzustellen ist, und einen Drehmomentwert, der von der elektrischen Motor-Generator-Einheit bereitzustellen ist, wobei von einem ersten Motor-Verbrennungsmodus auf einen zweiten Motor-Verbrennungsmodus des Verbrennungsmotors umgeschaltet wird, wenn die elektrische Motor-Generator-Einheit einen positiven Drehmomentwert bereitzustellen hat, wobei der zweite Verbrennungsmodus den bestimmten Drehmomentwert des Verbrennungsmotors mit einer höheren Verbrennungsgeräuschemission als der erste Verbrennungsmodus liefert.
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Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung gründet auf der Beobachtung, dass die zur Bereitstellung eines bestimmten Motordrehmoments erforderliche Kraftstoffmenge bei zunehmender Verbrennungsgeräuschemission des ICE abnimmt. In der Tat haben geprüfte Simulationen bewiesen, dass zur Bereitstellung eines bestimmten Drehmoments in einer Hybrid-Kraftmaschine mit der Steigerung der Verbrennungsgeräuschemission bis zu dem Wert der Verbrennungsgeräuschemission, der von einer herkömmlichen ICE-Kraftmaschine zur Bereitstellung eines bestimmten Drehmoments erzeugt wird, eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs um bis zu 1% erzielt werden kann.
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Daraus folgt, dass das Umschalten von einem ersten Motorverbrennungsmodus auf einen zweiten Motorverbrennungsmodus mit einer höheren Verbrennungsgeräuschemission als im ersten Verbrennungsmodus den Vorteil der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs der Hybrid-Antriebsstränge ergibt.
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Nach einem Aspekt der Erfindung erfolgt dieses Umschalten, wenn eine Änderung einer Gaspedalposition größer als ein festgelegter Grenzwert ist.
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Dieser Aspekt der Erfindung hat den Vorteil, dass geprüft wird, dass der Hybrid-Antriebsstrang ein zunehmendes Drehmoment verlangt.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird das Umschalten nur unter der Voraussetzung ausgeführt, dass ein Wert eines Parameters, der einen aktuellen Drehmomentwert des Verbrennungsmotors anzeigt, zwischen einem Mindest- und einem Höchstwert liegt.
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Dieser Aspekt ist deshalb vorteilhaft, weil er ein komfortables Fahren des mit der Antriebsstrang-Einheit ausgerüsteten Fahrzeugs ermöglicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der einen gegebenen Drehmomentwert anzeigende Parameter ein mittlerer Arbeitsdruck in einer Brennkammer.
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Ein Vorteil dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, dass der mittlere Arbeitsdruck auch für andere, unterschiedliche Strategien während des Motorbetriebs verwendet wird und deshalb einen bereits verfügbaren Parameter darstellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Mindestwert des mittleren Arbeitsdrucks auf 6 Bar und der Höchstwert des mittleren Arbeitsdruck auf 15 Bar festgelegt.
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Der Mindest- und Höchstwert des mittleren Arbeitsdrucks bei 6 bzw. 15 Bar stellt einen guten Kompromiss zwischen Effizienz und Fahrkomfort dar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Umschalten nur ausgeführt, wenn ein Wassertemperaturwert eines Verbrennungsmotors über einem festgelegten Temperaturwert liegt.
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Dieser Aspekt der Erfindung vermeidet vorteilhafter Weise die Verwendung der Strategie, wenn die Wassertemperatur zu niedrig ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt entspricht der festgelegte Temperaturwert einer Motor-Aufwärmtemperatur.
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Dieser Aspekt der Erfindung stellt ein zuverlässiges Kriterium zur Bestimmung dessen dar, ob die Motortemperatur zu niedrig ist oder nicht.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybrid-Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Hybrid-Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Motor-Generator-Einheit und eine ECU umfasst, wobei die ECU konfiguriert ist für:
- – die Bestimmung eines Drehmomentwerts, der vom Verbrennungsmotor bereitzustellen ist, und eines Drehmomentwerts, der von der elektrischen Motor-Generator-Einheit bereitzustellen ist,
- – das Umschalten eines ersten Verbrennungsmodus in einen zweiten Verbrennungsmodus des Verbrennungsmotors, wenn vom der elektrischen Motor-Generator-Einheit ein positiver Drehmomentwert (T_MGU) bereitzustellen ist,
wobei der zweite Verbrennungsmodus den festgelegten Drehmomentwert des Verbrennungsmotors mit einer höheren Verbrennungsgeräuschemission als der erste Verbrennungsmodus liefert.
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Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung hat im wesentlichen dieselben Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung wie oben offenbart, insbesondere jenen eines reduzierten Kraftstoffverbrauchs.
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Die bereits im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebenen spezifischen Aspekte mit Bezug auf die Hybrid-Kraftmaschine gelten auch für das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mit Hilfe eines Computerprogramms ausgeführt werden, das einen Programmcode zur Ausführung sämtlicher Schritte des oben beschriebenen Verfahrens umfasst, und in Form eines Computerprogrammprodukts, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Das Verfahren kann auch als elektromagnetisches Signal verkörpert sein, wobei das Signal so moduliert ist, dass es eine Sequenz von Datenbits trägt, die ein Computerprogramm zur Ausführung sämtlicher Schritte des Verfahrens darstellen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Betrieb eines Hybrid-Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Hybrid-Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Motor-Generator-Einheit umfasst, und wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- – Mittel zur Bestimmung eines Drehmomentwerts, der vom Verbrennungsmotor bereitzustellen ist, und eines Drehmomentwerts, der von der elektrischen Motor-Generator-Einheit bereitzustellen ist,
- – Mittel zum Umschalten von einem ersten Verbrennungsmodus in einen zweiten Verbrennungsmodus des Verbrennungsmotors, wenn von der elektrischen Motor-Generator-Einheit ein positiver Drehmomentwert geliefert werden soll,
wobei der zweite Verbrennungsmodus den bestimmten Drehmomentwert des Verbrennungsmotors mit einer höheren Verbrennungsmotorgeräuschemission als der erste Verbrennungsmodus bereitstellt.
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Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung weist grundsätzlich dieselben Vorteile wie das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel der Erfindung auf, insbesondere jenen eines reduzierten Kraftstoffverbrauchs.
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Die spezifischen Aspekte, die für das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Hybrid-Kraftmaschine bereits beschrieben wurden, gelten ebenso für die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug dargestellt.
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In 2 ist ein Hybrid-Antriebsstrang dargestellt, der im Kraftfahrzeug der 1 enthalten ist.
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In 3 ist ein im Hybrid-Antriebsstrang der 2 enthaltener Verbrennungsmotor mit größerer Detailgenauigkeit dargestellt.
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4 ist eine Querschnittansicht A-A des Verbrennungsmotors der 3.
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5 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangs der 2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Einige Ausführungsbeispiele können ein Kraftfahrzeug 100 umfassen, das mit einem Hybrid-Antriebsstrang 101 ausgerüstet ist, in diesem besonderen Beispiel mit einem Mildhybrid-Antriebsstrang.
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Der Hybrid-Antriebsstrang 101 kann einen Achsantrieb 102 umfassen, in diesem Beispiel einen Vorderachsantrieb, der schematisch dargestellt eine Laufachse 103 und zwei Antriebsräder 104 umfasst. Die Antriebsräder 104 sind mit der Laufachse 103 gekoppelt und dazu vorgesehen, den Kontakt mit der Straßenoberfläche zu halten.
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Der Hybrid-Antriebsstrang 101 umfasst ferner einen Verbrennungsmotor (ICE) 110, wie beispielsweise einen Dieselmotor oder einem Ottomotor.
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Wie in 3 und 4 dargestellt, kann der ICE 110 einen Motorblock 120 umfassen, der wenigstens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 begrenzt, der zur Rotation einer Kurbelwelle 145 angekoppelt ist. Ein Zylinderkopf 130 wirkt mit dem Kolben 140 zusammen, um eine Brennkammer 150 zu begrenzen. Ein (nicht dargestelltes) Kraftstoff/Luft-Gemisch wird in die Brennkammer 150 eingebracht und gezündet, woraus heiße, expandierende Gase resultieren, die eine Hubbewegung des Kolbens 140 auslösen. Der Kraftstoff wird von mindestens einer Kraftstoffeinspritzdüse 160 zugeführt, und die Luft durch mindestens eine Einlassöffnung 210. Der Kraftstoff wird mit Hochdruck in die Einspritzdüse 160 von einer Kraftstoffleitung 170 zugeführt, die in Fluidkommunikation mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 180 steht, welche den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht. Jeder der Zylinder 125 weist mindestens zwei Ventile 215 auf, die von einer Nockenwelle 135 betätigt werden, welche in Abstimmung mit der Kurbelwelle 145 rotiert. Die Ventile 215 lassen über die Öffnung 210 selektiv Luft in die Brennkammer 150 und lassen abwechselnd Abgase durch wenigstens eine Öffnung 220 ausdringen. In einigen Beispielen kann ein Nockenwellenversteller 155 die Taktung zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 selektiv variieren.
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Die Luft kann über einen Ansaugkrümmer 200 zu der/den Lufteinlassöffnung(en) 210 verteilt werden. Ein Lufteinlasskanal 205 kann dem Ansaugkrümmer 200 die Luft aus der Umgebung zuführen. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein Drosselklappengehäuse 330 dazu vorgesehen sein, die Luftströmung in den Ansaugkrümmer 200 zu regeln.
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In noch anderen Ausführungsbeispielen kann ein Druckluftsystem, wie beispielsweise ein Turbolader 230, mit einem drehbar an einer Turbine 250 gekoppelten Kompressor 240, vorgesehen sein. Die Rotation des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft im Ansaugkanal 205 und im Krümmer 200. Eine im Ansaugkanal 205 angeordnete Ladeluftkühlung 260 kann die Lufttemperatur reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich infolge des Eintretens von Abgasen aus einem Abgaskrümmer 225, der die Abgase von den Abgasöffnungen 220 und über eine Reihe von Flügeln vor der Expansion durch die Turbine 250 leitet. In diesem Beispiel ist eine Turbine mit fester Geometrie (VGT) mit einem VGT-Stellglied 290 dargestellt, das dazu angeordnet ist, die Flügel zur Änderung der Strömung der Abgase durch die Turbine 250 zu bewegen. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Turbolader 230 eine feste Geometrie haben und/oder eine Ladedruckregelklappe aufweisen.
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Ein Abgasrückführungssystem (EGR) 300 kann zur Rückführung und zum Mischen einer geeigneten Menge an Abgasen mit der Ansaugluft vorgesehen sein. Das EGR-System 300 kann eine EGR-Leitung 305, die zwischen dem Abgaskrümmer 225 und dem Ansaugkrümmer 200 angekoppelt ist, und eine EGR-Kühlung 310 in der EGR-Leitung 305 zur Reduzierung der Temperatur der Abgase im EGR-System 300, bevor diese mit der Ansaugluft im Ansaugkrümmer 200 gemischt werden, umfassen. In der EGR Leitung 305 ist ein EGR-Ventil 320 zur Regulierung des Abgasstroms im EGR-System 300 angeordnet.
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Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden in eine Abgasanlage 270 geleitet. Die Abgasanlage 270 kann ein Abgasrohr 275 mit einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen umfassen. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können jede Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, die Zusammensetzung der Abgase zu ändern. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, (Zwei- oder Dreiweg-)-Katalysatoren, Oxidationskatalysatoren (DOC) 280, NOx-Speicherkatalysatoren (LNT) 281, Kohlenwasserstoff-Adsorber, SCR-Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion und Partikelfilter (DPF) 282.
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Der Verbrennungsmotor 110 kann ferner eine elektronische Steuereinheit (ECU) 450 umfassen, die auch als Motorsteuermodul (ECM) bezeichnet wird und in Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen in Verbindung mit dem ICE 110 steht. Die ECU 450 kann Eingangssignale von unterschiedlichen Sensoren empfangen, die dazu konfiguriert sind, die Signale nach Maßgabe unterschiedlicher physikalischer Parameter in Verbindung mit dem ICE 110 abzugeben. Die Sensoren umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, einen Luftmassen- und Temperatursensor 340, einen Krümmerdruck- und Temperatursensor 350, einen Zylinderdrucksensor 360, Temperatur- und Pegelstandsensoren für Kühlmittel 380, Temperatur- und Pegelstandsensoren für Öl 385, einen Kraftstoffleitungsdrucksensor 400, einen Nockenwellenpositionssensor 410, einen Kurbelwellenpositionssensor 420 und Abgasdruck- und Temperatursensoren 430.
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Die Sensoren umfassen auch einen Positionssensor 445 eines Gaspedals 446, wobei das Gaspedal 446 zwischen einer vollständig gelösten und einer vollständig durch gedrückten Position beweglich ist. Das Gaspedal 446 wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 in Richtung der vollständig durchgedrückten Position bewegt, während es von elastischen Mitteln, beispielsweise Federn, konstant in die Richtung der vollständig gelösten Position gedrückt wird.
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Ferner kann die ECU 450 Ausgangssignale an unterschiedliche Steuervorrichtungen abgeben, die dazu angeordnet sind, den Betrieb des ICE 110 zu steuern, einschließlich – aber nicht beschränkt auf – Kraftstoffeinspritzdüsen 160, Drosselklappengehäuse 330, EGR-Ventil 320, VGT-Stellglied 290 und Nockenversteller 155. Gestrichelte Linien zeigen die Kommunikation zwischen der ECU 450 und den unterschiedlichen Sensoren und Vorrichtungen an, wobei einige aus Deutlichkeitsgründen weggelassen wurden.
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Die ECU 450 kann eine digitale Zentraleinheit (CPU) in Kommunikation mit einem Speichersystem und einem Schnittstellenbus umfassen. Die CPU kann dazu konfiguriert sein, analoge und/oder digitale Signale an die bzw. von den unterschiedlichen Sensoren und Steuervorrichtungen zu senden, zu empfangen und zu modulieren. Die CPU ist dazu konfiguriert, Befehle auszuführen, die als Programm im Speichersystem abgelegt sind, und Signale an den bzw. von dem Schnittstellenbus zu senden bzw. zu empfangen.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst der Hybrid-Antriebsstrang 101 ferner eine elektrische Motor-Generator-Einheit (MGU) 500, die mit einer Batterie 505 verbunden ist. Die MGU 500 ist eine elektrische Maschine, namentlich ein elektromechanischer Energiewandler, die geeignet ist, die von der Batterie 505 gelieferte elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln (d. h. als Elektromotor wirksam zu werden) oder mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die die Batterie 505 auflädt (d. h. als Stromgenerator wirksam zu werden). Detaillierter dargestellt, kann die MGU 500 einen Rotor umfassen, der dazu angeordnet ist, im Verhältnis zu einem Stator zu rotieren, um die mechanische Energie zu erzeugen bzw. zu empfangen. Der Rotor kann Mittel zur Erzeugung eines Magnetfelds und der Stator kann mit der Batterie 505 verbundene elektrische Wicklungen umfassen, oder umgekehrt. Wenn die MGU 500 als Elektromotor wirksam ist, liefert die Batterie 505 elektrischen Strom in die elektrischen Wicklungen, die mit dem Magnetfeld in Wechselwirkung treten, um den Rotor in Rotation zu versetzen. Wenn demgegenüber die MGU 500 als Stromgenerator wirksam wird, erzeugt die Rotation des Rotors eine relative Bewegung der elektrischen Verdrahtung im Magnetfeld, wodurch in den elektrischen Wicklungen elektrische Ströme erzeugt werden. Die MGU 500 kann von jedem bekannten Typ sein, beispielsweise eine Permanentmagnetmaschine, eine Bürstenmaschine oder eine Induktionsmaschine. Die MGU 500 kann auch eine asynchrone oder eine synchrone Maschine sein.
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Der Rotor der MGU 500 umfasst eine Welle 510, die mit der Kurbelwelle 145 des ICE 110 mechanisch gekoppelt ist. Wenn die MGU 500 somit als Elektromotor betrieben wird, wird die damit erzeugte mechanische Energie auf die Kurbelwelle 145 übertragen, die dadurch in Rotation versetzt wird. Wenn umgekehrt die MGU 500 als Stromgenerator benützt wird, wird die Rotation der Kurbelwelle 145 auf den Rotor der MGU 500 übertragen, wodurch die Batterie 505 aufgeladen wird. Im vorliegenden Beispiel ist die Welle 510 über einen Treibriemen 515 mechanisch mit der Kurbelwelle 145 gekoppelt, ähnlich einer herkömmlichen Lichtmaschine, so dass die MGU 500 auch als riemengetriebener Startergenerator (BAS) bezeichnet werden kann.
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Die Kurbelwelle 145 ist mit der Laufachse 103 des Achsantriebs 102 mechanisch über eine mechanische Antriebsanlage gekoppelt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 520 markiert ist. Die Antriebsanlage umfasst eine direkt mit der Kurbelwelle 145 verbundene Kupplung 525, ein direkt mit der Laufachse 103 verbundenes Differential 530 und ein Getriebe 535, das die Kupplung 525 mit dem Differential 530 verbindet. Auf diese Weise kann die Rotation der Kurbelwelle 145 auf die Antriebsräder 104 des Achsantriebs 102 übertragen werden, und umgekehrt.
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Allgemein umfasst das Getriebe 535 eine Eingangswelle 536, eine Ausgangswelle 537 und ein System aus Zahnrädern, die zur mechanischen Verbindung von Eingangswelle 536 und Ausgangswelle 537 vorgesehen sind. Das System der Zahnräder kann in unterschiedlichen Betriebskonfigurationen konzipiert sein, darunter mehrere Gangeinrückungskonfigurationen und eine Neutralkonfiguration. Jede Gangeinrückungskonfiguration bestimmt ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 536 und der Ausgangswelle 537, während die Neutralkonfiguration bedeutet, dass keine Zahnräder in Eingriff sind, so dass die Eingangswelle 536 von der Ausgangswelle 537 getrennt (im Leerlauf) ist. In diesem Beispiel ist das Getriebe 535 ein manuelles Getriebe, bei dem die Betriebskonfigurationen vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 manuell verändert (geschaltet) werden können. Insbesondere wird die Betriebskonfiguration des Getriebes 535 durch die Stellung eines manuellen Schalters 540, in diesem Beispiel eines Schalthebels, bestimmt, der vom Fahrer direkt bewegt werden kann.
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Die Kupplung 525 ist eine Vorrichtung, die zum selektiven Verbinden und Trennen der Kurbelwelle 145 mit/von der Eingangswelle 536 des Getriebes 535 vorgesehen ist. Die Kupplung 525 kann eine Schwungscheibe 526 umfassen, das koaxial mit der Kurbelwelle 145 gekoppelt ist, um mit dieser als einzelner Einheit zu rotieren, und eine Kupplungsscheibe 527, die koaxial mit der Eingangswelle 536 des Getriebes 535 gekoppelt ist. Die Kupplungsscheibe 527 wird von (nicht dargestellten) Federn gegen die Schwungscheibe 526 gedrückt, um eine Reibung zu erzeugen, die die Kurbelwelle 145 mit der Eingangswelle 536 verbindet, so dass diese mit derselben Geschwindigkeit rotieren. Aus dieser Eingriffposition kann die Kupplungsscheibe 527 in eine ausgerückte Position bewegt werden, in der sie von der Schwungscheibe 526 getrennt ist, wodurch die Reibung beendet und die Kurbelwelle 145 von der Eingangswelle 536 getrennt wird. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Kupplung 525 um eine manuelle Kupplung, bei der die Bewegung der Kupplungsscheibe 527 in die ausgerückte Position mittels eines Kupplungspedals 528 bewirkt wird. Das Kupplungspedal 528 ist insbesondere zwischen einer vollständig gelösten Position, in der die Kupplung 525 in Eingriff ist, und einer durchgedrückten Position, in der die Kupplung 525 ausgerückt ist, beweglich. Das Kupplungspedal 528 wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 in die durchgedrückte Position bewegt, während es von den auf die Kupplungsscheibe 527 wirkenden Federn konstant in die vollständig gelöste Position gedrückt wird.
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Auch wenn dieses Ausführungsbeispiel eine manuelle Kupplung und ein manuelles Getriebe umfasst, können andere Ausführungsbeispiele auch automatische Kupplungen und Automatikgetriebe umfassen.
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Der Hybrid-Antriebsstrang 101 umfasst eine zusätzliche elektronische Steuereinheit (ECU), die auch als Hybridsteuermodul (HCP) 545 bezeichnet wird und mit der ECU 450 sowie mit zusätzlichen Sensoren in Kommunikation steht, die verschiedenen Komponenten des Hybrid-Antriebsstrangs 101 zugeordnet sind. Diese Sensoren umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, einen Kupplungspedalpositionssensor 550, einen Ganghebelpositionssensor 555 und einen Messschaltkreis 560 zum Messen des elektrischen Stroms und der elektrischen Ladung der Batterie 505.
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Ferner kann die ECU 545 Ausgangssignale an unterschiedliche Steuervorrichtungen abgeben, die dazu angeordnet sind, den Betrieb des ICE 110 und der MGU 500 zu steuern. Zur Durchführung dieser Aufgabe kann die ECU 545 eine digitale Prozessoreinheit (CPU) in Kommunikation mit einem Speichersystem 565 und einem Schnittstellenbus umfassen. Das Speichersystem 565 kann unterschiedliche Speichertypen umfassen, darunter optische Speicher, magnetische Speicher, Solid-State-Speicher und andere nicht-volatile Speicher. Der Schnittstellenbus kann dazu konfiguriert sein, analoge und/oder digitale Signale an die/von den unterschiedlichen Sensoren und Steuerungsvorrichtungen zu senden, zu empfangen und zu modulieren, wie weiter oben erläutert. Die CPU ist dazu konfiguriert, Befehle auszuführen, die als Programm im Speichersystem 565 abgelegt sind, und Signale an den bzw. von dem Schnittstellenbus zu senden bzw. zu empfangen. Das Programm kann alle Verfahren verkörpern, die nachstehend offenbart sind, wodurch die CPU die Fähigkeit erlangt, sämtliche Schritte dieser Verfahren auszuführen.
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Während des Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangs 101 kontrolliert das Hybridsteuermodul (HCP) 545 die aktuelle Position des Gaspedals 446 über den Gaspedalpositionssensor 445 und führt eine Hybridoptimierungsstrategie (HOS) aus. Gemäß dieser Strategie bestimmt die ECU 545 auf der Grundlage der aktuellen Position des Gaspedals 446 einen Gesamtwert der vom Hybrid-Antriebsstrang 101 an den Achsantrieb 102 des Kraftfahrzeugs 100 zu liefernden mechanischen Energie. Dann teilt das Hybridsteuermodul 545 diesen Gesamtwert in einen ersten Teilwert, der vom ICE 110 zu liefern ist, und einen zweiten Teilwert, der von der MGU 500 zu liefern ist.
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Schließlich steuert das Hybridsteuermodul (HCP) zu 545 die MGU 500, so dass diese den zweiten Teilwert der mechanischen Energie bereitstellt, während der erste Beitrag an die ECU 450 gesendet wird. Als Reaktion misst die ECU 450 die Motorgeschwindigkeit und bestimmt ein erforderliches Motordrehmoment und wählt einen entsprechenden Verbrennungsmodus C1, C2 aus, der auf die Kraftstoffeinspritzdüsen 160 anzuwenden ist, um entsprechende Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder 125 des ICE 110 vorzunehmen. Dann steuert die ECU 450 die Kraftstoffmenge, die von diesen Kraftstoffeinspritzdüsen 160 eingespritzt werden, so dass der ICE 110 an der Kurbelwelle 145 den ersten Teilwert der mechanischen Energie bereitstellt.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Verbrennungsmodus als Karte dargestellt sein, in der jeder Motorbetriebspunkt (Motorgeschwindigkeit und Motordrehmoment) mit einer entsprechenden Gruppe von Einspritzparametern korreliert wird, wobei die Einspritzparameter eine Anzahl von Einspritzimpulsen pro Motorzyklus, eine Kraftstoffeinspritzmenge und Einspritzzeitpunkte (Beginn der Einspritzung und Länge der einzelnen Einspritzimpulse) umfassen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der ECU ein erster und ein zweiter Verbrennungsmodus C1, C2 gespeichert. Der zweite Verbrennungsmodus C2 unterscheidet sich vom ersten Verbrennungsmodus C1 durch die Tatsache, dass er für ein benötigtes Motordrehmoment eine höhere Motorverbrennungsgeräuschemission bei reduziertem Kraftstoffverbrauch bereitstellt.
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Es hat sich in der Tat herausgestellt, dass die zur Bereitstellung eines bestimmten Motordrehmoments erforderliche Kraftstoffmenge bei zunehmender ICE-Verbrennungsgeräuschemission abnimmt. Es ist folglich möglich, den Verbrennungsmodus, also die Einspritzparameter, derart neu zu kalibrieren, dass der Kraftstoffverbrauch abnimmt, jedoch die Verbrennungsgeräuschemissionen zunehmen.
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Zur Bereitstellung eines bestimmten Drehmoments haben geprüfte Simulationen bewiesen, dass mit der Steigerung der Verbrennungsgeräuschemission in einer Hybridkraftmaschine bis zu dem Wert der Verbrennungsgeräuschemission, die von einer herkömmlichen, nur einen ICE umfassenden Kraftmaschine erzeugt wird, eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs um bis zu 1% erzielt werden kann.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bewirkt die ECU das Umschalten von einem ersten Verbrennungsmodus C1 in einen zweiten Verbrennungsmodus nur dann, wenn die elektrische Motor-Generatoreinheit 500 einen positiven Drehmomentwert T_MGU bereitstellen soll. In einem anderen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Umschalten durchgeführt wird, wenn die elektrische Motor-Generator-Einheit 500 einen positiven Drehmomentwert T_MGU bereitstellen soll und die Änderung einer Position eines Gaspedals 446 des Hybrid-Antriebsstrangs 101 größer als ein festgelegter Grenzwert ist. Zu diesem Zweck kontrolliert die ECU 450 die Position des Gaspedals 446 mittels des Gaspedalpositionssensors 445 und berechnet die Ableitung jeder Änderung der Gaspedalposition. Die Ableitung wird mit einem Grenzwert verglichen, der beispielsweise auf Null festgelegt werden kann.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung kontrolliert die ECU einen Parameter, der einen aktuellen Drehmomentwert des ICE anzeigt, und schaltet von einem ersten Verbrennungsmodus C1 in einen zweiten Verbrennungsmodus C2, wenn von der elektrischen Motor-Generator-Einheit 500 ein positiver Drehmomentwert T_MGU bereitgestellt werden soll und ein Wert des ein aktuelles Drehmoment bmepICE anzeigenden Parameters zwischen einem minimalen bmepMIN und einem maximalen bmepMAX liegt.
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Im vorliegenden Beispiel wurde als Parameter, der das aktuelle Drehmoment des ICE anzeigt, ein mittlerer Arbeitsdruck (bmep) in der Brennkammer gewählt; es kann jedoch jeder Parameter gewählt werden, der mit einem aktuellen Drehmoment des ICE korreliert werden kann.
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Wenn der mittlere Arbeitsdruck (bmep) als Parameter eines aktuellen ICE-Drehmoments gewählt wird, können die Mindest- und Höchstwerte auf 6 bzw. 15 Bar festgelegt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass die ECU 400 von einem ersten Verbrennungsmodus in einen zweiten Verbrennungsmodus nur dann schaltet, wenn alle oben offenbarten Aspekte der Erfindung erfüllt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kontrolliert die ECU auch einen Wassertemperaturwert T_H2O des ICE und schaltet von einem ersten Verbrennungsmodus C1 in einen zweiten Verbrennungsmodus C2, wenn die elektrische Motor-Generator-Einheit 500 einen positiven Drehmomentwert T_MGU zu liefern hat und ein ICE-Wassertemperaturwert T_H2O größer als ein festgelegter Temperaturwert ist. Ein festgelegter Temperaturwert könnte die ICE-Aufwärmtemperatur T_WARM-UP sein (zum Beispiel ...°C).
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In einem mehr bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung (5) ist vorgesehen, dass die ECU 400 von einem ersten Verbrennungsmodus C1 in einen zweiten Verbrennungsmodus C2 nur dann schaltet, wenn alle vorangehenden offenbarten Aspekte der Erfindung erfüllt sind, also von der elektrischen Motor-Generator-Einheit 500 (Block 600) ein positiver Drehmomentwert T_MGU zu liefern ist, ein ICE-Wassertemperaturwert T_H2O gröqßer als ein festgelegter Temperaturwert ist (Block 601), eine Änderung einer Position eines Gaspedals 446 des Hybrid-Antriebsstrangs 101 größer als ein festgelegter Grenzwert ist (Block 602), ein Wert des ein aktuelles Drehmoment bmep_ICE des ICE anzeigenden Parameters zwischen einem minimalen bmep_MIN und einem maximalen Wert BMEP_MAX liegt (Block 603).
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Während in der voranstehenden Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung wenigstens ein exemplarisches Ausführungsbeispiel präsentiert wurde, ist zu beachten, dass eine große Zahl von Variationen besteht. Es ist zudem zu beachten, dass das exemplarische Ausführungsbeispiel oder die exemplarischen Ausführungsbeispiele nur Beispielcharakter haben und nicht geeignet sind, den Geltungsumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration wie auch immer zu beschränken. Vielmehr geben die voranstehenden Zusammenfassung und die detaillierte Beschreibung einschlägig bewanderten Fachleuten eine praktische Anleitung zur Implementierung wenigstens eines exemplarischen Ausführungsbeispiels zur Hand, wobei zu beachten ist, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und Anordnung der im exemplarischen Ausführungsbeispiel beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsumfang abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen und deren rechtsgültigen Äquivalenten festgelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 101
- Hybrid-Antriebsstrang
- 102
- Antriebsachse
- 103
- Laufachse
- 104
- Antriebsräder
- 110
- Verbrennungsmotor
- 120
- Motorblock
- 125
- Zylinder
- 130
- Zylinderkopf
- 135
- Nockenwelle
- 140
- Kolben
- 145
- Kurbelwelle
- 150
- Brennkammer
- 155
- Nockenversteller
- 160
- Kraftstoffeinspritzdüse
- 170
- Kraftstoffleitung
- 180
- Kraftstoffpumpe
- 190
- Kraftstoffquelle
- 200
- Ansaugkrümmer
- 205
- Lufteinlasskanal
- 210
- Einlassöffnung
- 215
- Ventile
- 220
- Abgasöffnung
- 225
- Abgaskrümmer
- 230
- Turbolader
- 240
- Kompressor
- 250
- Turbine
- 260
- Ladeluftkühler
- 270
- Abgasanlage
- 275
- Abgasrohr
- 280
- DOC
- 281
- LNT
- 282
- DPF
- 290
- VGT-Stellglied
- 300
- Abgasrückführung
- 305
- EGR-Leitung
- 310
- EGR-Kühler
- 320
- EGR-Ventil
- 330
- Drosselklappengehäuse
- 340
- Luftmassen- und Temperatursensor
- 350
- Krümmerdruck- und Temperatursensor
- 360
- Zylinderdrucksensor
- 380
- Temperatur- und Pegelstandsensoren für Kühlmittel
- 385
- Temperatur- und Pegelstandsensoren für Öl
- 400
- Kraftstoffleitungsdrucksensor
- 410
- Nockenwellenpositionssensor
- 420
- Kurbelwellenpositionssensor
- 430
- Abgasdruck- und Temperatursensoren
- 445
- Gaspedal-Positionssensor
- 446
- Gaspedal
- 450
- ECU (elektronische Steuerung)
- 500
- MGU
- 505
- Batterie
- 510
- Welle
- 515
- Treibriemen
- 520
- Antriebsanlage
- 525
- Kupplung
- 526
- Schwungscheibe
- 527
- Kupplungsscheibe
- 528
- Kupplungspedal
- 530
- Differential
- 535
- Getriebe
- 536
- Eingangswelle
- 537
- Ausgangswelle
- 540
- Schalthebel
- 545
- Hybridsteuermodul (HCP)
- 550
- Kupplungspedalpositionssensor
- 555
- Schalthebelpositionssensor
- 560
- Messschaltkreis
- 565
- Speichersystem
- 600
- Block
- 601
- Block
- 602
- Block
- 603
- Block
