EP2903853A2 - Elektrofahrzeug - Google Patents

Elektrofahrzeug

Info

Publication number
EP2903853A2
EP2903853A2 EP13773240.0A EP13773240A EP2903853A2 EP 2903853 A2 EP2903853 A2 EP 2903853A2 EP 13773240 A EP13773240 A EP 13773240A EP 2903853 A2 EP2903853 A2 EP 2903853A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
torque
engine
crankshaft
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13773240.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mike BASSET
Tony CAINS
Jonathan Hall
Marco Warth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2903853A2 publication Critical patent/EP2903853A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/46—Series type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/61—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
    • B60L50/62—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles charged by low-power generators primarily intended to support the batteries, e.g. range extenders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
    • F02D29/06—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving electric generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/44—Drive Train control parameters related to combustion engines
    • B60L2240/441—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/10—Emission reduction
    • B60L2270/14—Emission reduction of noise
    • B60L2270/145—Structure borne vibrations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/93—Conjoint control of different elements

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle with electric motor drive.
  • Electric vehicles ie vehicles, especially road vehicles, with electric motor drive are well known.
  • the problem is often the achievable range of such an electric vehicle, since known memory for electrical energy, usually batteries, have only a limited storage capacity.
  • a so-called range extender can be used for vehicles that are driven exclusively by an electric motor.
  • This is an internal combustion engine which is operated with a fuel and which drives a generator for generating electrical energy. With the electrical energy thus obtained, the respective electromotive drive of the vehicle or the respective battery can then be supplied again.
  • Such a vehicle may also be referred to as a serial hybrid vehicle, since energy is generated via the one drive, namely the internal combustion engine, to supply the other drive, namely the respective electric motor, which is arranged downstream in series.
  • Such a range extender can be configured as a unit and therefore corresponds to a motor-generator unit.
  • Such a motor-generator unit generally comprises a piston engine with internal combustion, that is to say an internal combustion engine and a generator connected thereto in order to generate electricity.
  • a motor-generator unit can be used stationary for power generation, for example on construction sites or in the outdoor area.
  • a motor-generator unit can be used mobile, namely in a vehicle.
  • an electric vehicle comprises at least one electric motor for driving the vehicle. The supply of electrical energy is carried out basically via a battery carried in the vehicle.
  • a motor-generator unit In the event that this battery is exhausted, electrical power can be generated by means of such a motor-generator unit to ensure the power supply of the respective electric motor or to recharge the battery of the vehicle.
  • a motor-generator unit In such mobile applications, such a motor-generator unit is often referred to as a "range extender" as mentioned.
  • both the piston engine and the generator each have a comparatively low weight, so that in the respective vehicle as little additional mass must be carried.
  • a low weight piston engine and the generator is associated with low inertia masses in the piston engine and the generator. That is, in the piston engine, each expansion stroke of a cylinder results in significant acceleration of a crankshaft coupled to the piston. Furthermore, the crankshaft speed decreases in the two subsequent strokes of the respective piston, namely the Ausschiebehub and the subsequent intake stroke again. On the subsequent compression stroke, the crankshaft is also braked significantly.
  • a generator torque generated by the generator counteracts the engine torque and leads to a strong deceleration of the crankshaft in crankshaft angle ranges in which there is no expansion stroke of a piston.
  • a rotational cycle of the crankshaft which is characterized by the fact that all the pistons connected to the crankshaft have passed through each of their working cycles once, a comparatively large rotational speed difference between one ner maximum rotational speed and a minimum rotational speed within the respective Rotationszyklusses.
  • crankshaft is drive-connected to a plurality of pistons
  • the individual acceleration and deceleration processes are superimposed in accordance with the respective phase displacement of the pistons relative to a crankshaft angle.
  • a lightweight piston engine generates significant vibrations.
  • a highly vibrating or oscillating piston engine is undesirable especially in electric vehicles or in vehicles with serial hybrid drive, since such an electric vehicle during normal driving, in which only the at least one electric motor causes the propulsion of the vehicle, runs extremely quiet.
  • the demand-dependent connection of the piston engine of a motor-generator unit is therefore very often perceived by the users of such electric vehicles due to the suddenly noticeable and possibly audible vibrations and vibrations as disturbing. Users are often irritated and unsettled and wrongly assume damage to the vehicle.
  • the present invention addresses the problem of providing for a vehicle of the type described above, which is equipped with such a motor-generator unit, an improved embodiment, which is characterized by a low weight, in particular by a reduced tendency to oscillate.
  • This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the invention is based on the general idea of counteracting varying engine torques by means of a dynamically modified or adapted generator torque within a rotation cycle of the crankshaft, in which all the pistons each pass through their working strokes once.
  • the invention is based on the consideration that an acceleration of the crankshaft and a deceleration of the crankshaft correlate with the engine torques introduced via the pistons into the crankshaft. Increased engine torque leads to an acceleration of the crankshaft, while reduced engine torque leads to a deceleration of the crankshaft.
  • the generator torques counteract engine torques, so that high generator torques strongly decelerate the crankshaft, while reduced generator torques only slightly slow down the crankshaft.
  • the generator torque is dynamically and synchronously varied to the engine torque, such that higher engine torques counteract correspondingly higher generator torques, while counteract at lower engine torques correspondingly lower or no generator torques.
  • a speed curve of the crankshaft can be evened out within its rotation cycle, whereby a distance between a maximum rotational speed of the crankshaft and a minimum rotational speed of the crankshaft within a rotation cycle can be reduced. that can.
  • the inclination of the piston engine to vibrations and vibrations significantly decreases.
  • the generator torque can be increased as the engine torque increases, and reduced as the engine torque decreases.
  • the generator torques counteracting the engine torque are thus increased and reduced synchronously, and indeed within the respective rotation cycle.
  • the formulation selected here comprises both a switching of the generator torque between only two different values. th as well as a proportional tracking of the generator torque according to the course of the engine torque. Likewise, basically any graded adaptations are conceivable.
  • the generator for increasing the generator torque is turned on, in particular at a constant value, and is turned off to reduce the generator torque.
  • the generator In the off state, the generator generates its smallest counter-torque, which is determined essentially only by its inertia and by friction effects.
  • Such a dynamic generator control can be realized particularly easily.
  • an electric power output by the generator is increased, while for reducing the generator torque, an electric power output from the generator is reduced.
  • a charging current that is used for charging an electric battery can be controlled comparatively easily, as a result of which the electrical power taken off at the generator can be controlled.
  • an increased engine torque may be present during an expansion stroke of a piston of the reciprocating engine.
  • the piston engine has a plurality of pistons, these are usually coupled in terms of their expansion strokes with respect to the crankshaft angle phase-shifted with the crankshaft.
  • the expansion stroke of each cylinder can lead to an increased engine torque.
  • Each expansion stroke usually extends over 180 ° crankshaft angle. If the individual expansion strokes follow each other directly, it is also possible to define a larger angular range with increased engine torque, which in the case of two mutually Following expansion strokes in two different pistons, for example, 360 ° crankshaft angle may include.
  • first angular range with an average reduced engine torque there may be a first angular range with an average reduced engine torque and a second angular range with a higher average engine torque, in which case the generator torque is reduced in the first angular range and increased in the second angular range.
  • the generator in the first angular range the generator can be operated with a constant reduced engine torque or even switched off, while in the second angular range it has or generates a constant, comparatively high generator torque.
  • the generator torque can be varied within the respective rotation cycle according to a course of the engine torque.
  • the generator torque largely follows the fluctuations of the engine torque, it also being possible here to realize a more or less highly stepped tracking of the generator torque as a function of the engine torque.
  • the two pistons are drivingly connected to the crankshaft so that the expansion strokes of the two pistons are phase-shifted by 180 ° to each other crankshaft angle. That means that in an angular range from 0 ° to 180 °, the first piston performs its expansion stroke, while in an angular range of 180 ° to 360 °, the second piston performs its expansion stroke.
  • These two expansion strokes can now be combined angularly to form a common angular range which extends from 0 ° to 360 ° crankshaft angle and within which there is on average a higher engine torque. This would correspond to the second angle range introduced above.
  • a preceding or subsequent angular range which extends either from -360 ° to 0 ° crankshaft angle or from 360 ° to 720 ° crankshaft angle
  • the first angular range in which there is a significantly reduced engine torque on average.
  • the generator if the generator is switched only between a switch-on state and a switch-off state in order to vary the generator torque, the generator remains switched off during the first angle range while it is switched on during the second angle range.
  • the generator as an electric motor in order to generate negative generator torques which cause the crankshaft to accelerate. This can be advantageous if there are negative engine torques which cause a deceleration of the crankshaft.
  • the negative generator torques can compensate for the negative engine torques.
  • a motor-generator unit according to the invention which is preferably used in a motor vehicle, is thus characterized by a piston engine with internal combustion and a generator for power generation, which is drive-connected to the piston engine. Furthermore, a control device is provided which is designed and programmed such that it performs the above-described operating method or that it adjusts the generator torque depending on the crankshaft angle of a crankshaft of the piston engine. For this purpose, the control device is connected on the one hand with the piston engine and on the other hand with the generator in a suitable manner. In particular, the control device knows the current rotational position of the crankshaft in order to vary the generator torque dynamically, ie within the respective rotational cycle of the crankshaft, as a function of the respective crankshaft angle.
  • control device can in particular be configured such that it can execute the above-explained operating method including the mentioned variants during the operation of the motor-generator unit.
  • the piston engine is designed as a four-stroke engine and has exactly two pistons for driving the crankshaft whose expansion strokes are offset by 180 ° crankshaft angle to each other.
  • the range extender thus formed is very compact and has only a relatively low weight.
  • the control device now divides the 720 ° crankshaft angle comprehensive rotation cycle into two equal, successive angle ranges of each 360 ° crankshaft angle. In a first angular range, in which no expansion strokes take place, the control device switches off the generator. In the immediately following second angular range, in which both pistons perform their expansion strokes, the control device switches on the generator in order to generate a generator torque counteracting the increased engine torque. This makes it possible to significantly reduce the tendency of the piston engine to vibrate with very simple measures.
  • An electric vehicle or hybrid vehicle according to the invention is equipped with at least one electric motor for driving the vehicle and with a motor-generator unit of the above type in order to be able to supply the respective electric motor with power.
  • a motor-generator unit of the above type comprises Electric vehicle at least one rechargeable battery for storing electrical energy, with the help of the motor-generator unit, this battery and / or the respective electric motor can be supplied with power / can.
  • Fig. 1 is a greatly simplified schematic diagram of a schematic diagram
  • Fig. 3 is a diagram in which the engine torque for a motor above the
  • Crankshaft angle is plotted
  • 4 is a graph in which an engine speed is plotted against the crankshaft angle, on the one hand for a constant generator torque and on the other for a dynamic generator torque
  • Fig. 5 is a diagram in which a relative generator torque on the
  • Crankshaft angle is plotted, on the one hand for a constant generator torque and on the other for a dynamic generator torque
  • Fig. 6 is a graph in which a cylinder center pressure is plotted against the engine speed for a variety of different engine torques.
  • an electric vehicle 1 comprises at least one electric motor 2 for driving the vehicle. Furthermore, the vehicle 1 is equipped with a motor-generator unit 3, which serves to supply power to the electric motor 2.
  • the motor-generator unit 3 includes a piston engine 4 with internal combustion and a generator 5 for power generation, which is drive-connected to the piston engine 4.
  • the vehicle 1 is also equipped with at least one battery 6.
  • the electric motor 2, the battery 6 and the generator 5 are interconnected in a suitable manner so that the power supply of the respective electric motor 2 via the battery 6 or via the generator 5 can be done and that the battery 6 can be charged by means of the generator 5 ,
  • the vehicle thus has a serial hybrid drive.
  • the vehicle 1 is also equipped with a fuel tank 7 for supplying the piston engine 4 with fuel.
  • the piston motor 4 is not for driving the vehicle 1, but only for driving the generator 5, so that the Annebs aber the piston engine 4 can be transformed by means of the generator 5 into electrical power, which can then be used to power the electric motor 2.
  • the motor-generator unit 3 further comprises a control device 8, which communicates on the one hand with the piston engine 4 and on the other hand with the generator 5. Furthermore, the control device 8 communicates with a vehicle control device 9, which in turn is suitably coupled to the battery 6 and to the respective electric motor 2. It is clear that the control devices 8, 9 can also be connected to other sensors, operating elements and the like.
  • the piston engine 4 comprises in a conventional manner a crankshaft 10, which is drive-connected with at least one piston 1 1 of the piston engine 4, usually via a respective connecting rod 12.
  • the respective piston 1 1 is arranged within the piston engine 4 in a cylinder 13 adjustable in stroke.
  • piston engine 4 is preferably a two-cylinder in-line engine, which operates on the four-stroke principle.
  • each piston 1 1 sequentially performs an expansion stroke, exhaust stroke, intake stroke and compression stroke. Every single stroke or stroke comprises 180 ° crankshaft angle.
  • the crankshaft 10 has to pass through a rotation cycle which consequently comprises 720 ° crankshaft angle.
  • the control device 8 of the motor-generator unit 3 is configured or programmed such that it sets an generator torque 5 effective generator torque depending on the crankshaft angle of the crankshaft 10 of the piston engine 4 can, ie dynamically change or vary within the rotation cycle.
  • the control device 8 can in particular carry out the operating method described below, including the variants mentioned.
  • This operating method is described with reference to a piston engine 4, which has exactly two cylinders in a row arrangement and operates on the four-stroke principle. It is clear that this operating method is basically also applicable to a different number of cylinders and / or for a different arrangement of the cylinder and / or for the two-stroke principle.
  • a first curve 14 of an engine torque which is transmitted in a first cylinder 13 by means of a first piston 1 1 on the crankshaft 10.
  • a corresponding second course 15 of a second cylinder 13 or a second piston 1 1 is shown with an interrupted line.
  • the diagram of Figure 2 extends in the abscissa over 720 ° crankshaft angle, ie over a single rotation cycle of the crankshaft 10.
  • the four strokes of the respective cylinder 13 are divided into four strokes of the associated piston 1 1, each extending over about 180 ° Crankshaft angle extend.
  • Visible shows the first curve 14 in an angular range of 0 ° to 180 °, the expansion stroke with a maximum torque transfer to the crankshaft 10.
  • the two curves 14, 15 of FIG. 2 are summarized to form a total course 16, which represents the course of the force applied by the piston engine 4 on the crankshaft 10 engine torque. Visible occurs in an angular range of -360 ° to about -90 ° substantially no torque input into the crankshaft 10. Strong, accelerating acting positive moments are available in angular ranges of 0 ° to 90 ° and 180 ° to 360 °. By contrast, relatively high negative, decelerating moments are in the range of about -90 ° to 0 ° and 90 ° to 180 °.
  • a curve 17 of an engine speed is now shown by a solid line as a function of the crankshaft angle over an entire rotation cycle.
  • the engine speed corresponds to the rotational speed of the crankshaft 10. It can be seen that the rotational speed of the crankshaft 10 fluctuates within a single rotational cycle. This is due to the fact that positive engine torques cause an acceleration of the crankshaft 10, while negative engine torque causes a deceleration of the crankshaft 10.
  • a generator torque counteracting the engine torque can also cause the crankshaft 10 to brake.
  • generator torques are present.
  • This difference 20 occurs within each rotation cycle, whereby the crankshaft 10 runs comparatively restless, so that the piston engine 4 exhibits a comparatively high tendency to oscillate and vibrate.
  • This speed difference 20 is higher, the lower the speed of the piston engine 4 and the higher the generator torque acting on the crankshaft 10 is. Furthermore, this speed difference increases with decreasing inertial mass of the piston engine 4 or the entire motor-generator unit 3rd
  • a curve 21 of a conventional constant generator torque is entered by a solid line, which is also denoted by 21 below, wherein the ordinate represents a relative generator torque, which is therefore based on an average engine torque.
  • the constant generator torque 21 or the constant profile 21 thus has a value close to 1, but below 1.
  • FIG. 5 a particularly simple embodiment is shown in which the generator 5 is switched off in a first angle range of -360 ° to 0 ° and accordingly produces substantially no generator torque while it is switched on within an angle range of 0 ° to 360 ° and thereby generates a comparatively large generator torque whose value is in the vicinity of 2, but below 2.
  • This dynamic profile of the generator torque is shown in the diagram of Figure 5 with a broken line and designated 22, wherein the dynamic generator torque itself is also referred to 22 below.
  • this dynamic generator torque 22 is applied during operation of the motor-generator unit 3.
  • the resulting curve for the rotational speed of the crankshaft 10 is shown in the diagram of Figure 4 with a broken line and designated 23. Recognizable decreases the speed in the angular range of -360 ° to 90 ° again, but not as strong as in the course 17 with constant generator torque 22 according to the constant curve 22 in Figure 5. This is due to the fact that according to the dynamic curve 22 in Figure 5 is present during this angular range no generator torque that could act on the crankshaft 10 decelerating. That the engine speed or the speed of the crankshaft 10 still decreases, is largely due to friction effects.
  • the engine speed decreases more, but not nearly as strong as in the case of a constant generator torque 21. This is because only the negative engine torque according to the course 16 from FIG. 3 is effective here, while according to the dynamic curve 22 in FIG. 5, no generator torque is still present.
  • the engine speed increases, which is due to the high positive motor torque is due to the course 16 in Figure 3.
  • the speed increase is not as strong as in the course 17 with constant generator torque 21. This is due to the fact that, according to the dynamic curve 22 in FIG. 5, the dynamic generator torque 22 is selected to be twice as large as the constant generator torque 21 corresponding to the curve 21 in FIG. 5.
  • the engine speed follows in the angle range from 90 ° to 180 ° again a deceleration due to the negative engine torque in the course 16 of Figure 3.
  • This deceleration is in the course 23 with the dynamic generator torque 22 more pronounced than in the course 17 with a constant generator torque 21st This is because here the decelerating generator torque is significantly greater, namely about twice as large as the constant generator torque 21.
  • the engine speed increases again, which is due to the positive engine torque in the course 16 of Figure 3.
  • the speed increase in the course 23 with dynamic generator torque 22 is weaker than in the course 17 with constant generator torque 21, which is due to the approximately twice as high negative or decelerating generator torque according to the course 22.
  • the curve 23 of the rotational speed with dynamic generator torque 22 thus has a minimum at minimum engine speed at 24 and a maximum at maximum engine speed at 25.
  • the tendency to oscillations and vibrations of the piston engine 4 and the entire motor-generator unit 3 is significantly reduced.
  • the dynamic generator torque 22 is twice as large over the half of the rotational cycle as it is constant over the whole Rotation cycle extending constant generator torque 21, the power output in both cases is about the same size.
  • the cylinder center pressure is plotted over various engine speeds, wherein a multiplicity of different progressions are reproduced, which occur at different engine loads, ie at different power requirements on the generator 5.
  • the solid lines again correspond to gradients that set at constant generator torque 21. With a broken line, however, curves are entered, which are set at dynamic generator torque 22.
  • the individual progressions are characterized by numerical values, which should represent different load cases.
  • the diagram of FIG. 6 a curve 27 is also entered with a dotted line which represents the maximum adjustable cylinder mean pressure as a function of the engine speed.
  • the generator torque 5 when the engine torque increases, and be reduced when the engine torque decreases.
  • the generator 5 is turned on to increase the generator torque, while the generator 5 is turned off to reduce the generator torque. It is clear that especially at lower speeds of the crankshaft 10, a better dynamic adaptation of the generator torque to the course of the engine torque can be realized. In particular, it is conceivable that several of zero Different, different generator torques can be generated in order to follow the course 16 of the engine torque better overall.
  • an electric power output by the generator 5 can be increased.
  • an electric power output by the generator 5 can be reduced.
  • a first angular range exists within the respective rotational cycle, which extends here from -360 ° to 0 ° crankshaft angle and in which there is an average reduced engine torque.
  • a second angular range then extends from 0 ° to 360 ° crankshaft angle.
  • a higher engine torque is present in this second angular range.
  • the generator torque is reduced in the first angular range, in particular by turning off the generator 5, while the generator torque is increased in the second angular range, namely in particular by turning on the generator 5 and applying the generator 5 with a constant power requirement, resulting in the generator 5 a constant generator torque results.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Motor-Generator-Einheit, die einen Kolbenmotor mit interner Verbrennung und einem damit antriebsverbundenen Generator zur Stromerzeugung umfasst, bei dem ein Generatormoment während eines Rotationszyklusses einer Rotation einer Kurbelwelle des Kolbenmotors variiert wird.

Description

Elektrofahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit elektromotorischem Antrieb.
Elektrofahrzeuge, also Fahrzeuge, insbesondere Straßenfahrzeuge, mit elektromotorischem Antrieb sind allgemein bekannt. Problematisch ist dabei häufig die erzielbare Reichweite eines derartigen Elektrofahrzeugs, da bekannte Speicher für elektrische Energie, in der Regel Batterien, nur eine begrenzte Speicherkapazität besitzen. Bei Fahrzeugen, die ausschließlich elektromotorisch angetrieben sind, kann ein sogenannter Range-Extender zum Einsatz kommen. Hierbei handelt es sich um eine Brennkraftmaschine, die mit einem Kraftstoff betrieben wird und die einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Mit der so gewonnenen elektrischen Energie, kann dann wieder der jeweilige elektromotorische Antrieb des Fahrzeugs bzw. die jeweilige Batterie versorgt werden. Ein derartiges Fahrzeug kann auch als serielles Hybridfahrzeug bezeichnet werden, da über den einen Antrieb, nämlich die Brennkraftmaschine, Energie zur Versorgung des in Reihe nachgeordneten anderen Antriebs, nämlich des jeweiligen Elektromotors, erzeugt wird. Ein solcher Range-Extender kann als Einheit konfiguriert sein und entspricht daher einer Motor-Generator-Einheit.
Eine solche Motor-Generator-Einheit umfasst allgemein einen Kolbenmotor mit interner Verbrennung, also eine Brennkraftmaschine und einen damit antriebsverbundenen Generator zur Stromerzeugung. Eine derartige Motor-Generator- Einheit kann stationär zur Stromerzeugung verwendet werden, beispielsweise auf Baustellen oder im Outdoor-Bereich. Ebenso lässt sich eine derartige Motor- Generator-Einheit mobil einsetzen, nämlich in einem Fahrzeug. Von besonderem Interesse ist dabei wie vorstehend erläutert die Verwendung in einem Elektrofahrzeug, um die Reichweite des Elektrofahrzeugs bedarfsabhängig zu vergrö- ßern. Ein solches Elektrofahrzeug umfasst zumindest einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs. Die Versorgung mit elektrischer Energie erfolgt dabei grundsätzlich über eine im Fahrzeug mitgeführte Batterie. Für den Fall, dass diese Batterie erschöpft ist, kann mit Hilfe einer derartigen Motor-Generator-Einheit elektrische Leistung erzeugt werden, um die Stromversorgung des jeweiligen Elektromotors zu gewährleisten bzw. um die Batterie des Fahrzeugs wieder aufzuladen. Bei derartigen mobilen Anwendungen wird eine solche Motor- Generator-Einheit wie erwähnt häufig als„Range-Extender" bezeichnet.
Gerade für derartige mobile Anwendungen ist es von hoher Bedeutung, dass sowohl der Kolbenmotor als auch der Generator jeweils ein vergleichsweise geringes Gewicht besitzen, damit im jeweiligen Fahrzeug möglichst wenig zusätzliche Masse mitgeführt werden muss. Ein niedriges Gewicht beim Kolbenmotor und beim Generator geht mit geringen Trägheitsmassen beim Kolbenmotor und beim Generator einher. Das bedeutet, dass beim Kolbenmotor jeder Expansionshub eines Zylinders zu einer signifikanten Beschleunigung einer mit dem Kolben gekoppelten Kurbelwelle führt. Ferner nimmt die Kurbelwellengeschwindigkeit bei den beiden darauffolgenden Hüben des jeweiligen Kolbens, nämlich beim Ausschiebehub und beim darauffolgenden Ansaughub wieder ab. Beim darauffolgenden Kompressionshub wird die Kurbelwelle außerdem signifikant abgebremst. Ist an den Kolbenmotor außerdem eine Last angehängt, insbesondere in Form einer Leistungsanforderung des Generators, wirkt ein vom Generator erzeugtes Generatormoment dem Motormoment entgegen und führt in Kurbelwel- lenwinkelbereichen, in denen kein Expansionshub eines Kolbens vorliegt, zu einem starken Abbremsen der Kurbelwelle. Hierdurch kommt es innerhalb eines Rotationszyklusses der Kurbelwelle, der sich dadurch charakterisiert, dass alle mit der Kurbelwelle verbundenen Kolben jeden ihrer Arbeitstakte einmal durchlaufen haben, zu einer vergleichsweisen großen Drehzahldifferenz zwischen ei- ner maximalen Drehgeschwindigkeit und einer minimalen Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses.
Sofern die Kurbelwelle mit mehreren Kolben antriebsverbunden ist, überlagern sich die einzelnen Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge entsprechend der jeweiligen Phasenverschiebung der Kolben bezogen auf einen Kurbelwellenwinkel. Das bedeutet, dass ein derartiger leichter Kolbenmotor erhebliche Vibrationen erzeugt. Ein stark vibrierender oder schwingender Kolbenmotor ist jedoch gerade bei Elektrofahrzeugen bzw. bei Fahrzeugen mit seriellem Hybridantrieb unerwünscht, da ein derartiges Elektrofahrzeug während des normalen Fahrbetriebs, bei dem nur der wenigstens eine Elektromotor den Vortrieb des Fahrzeugs bewirkt, extrem ruhig läuft. Das bedarfsabhängige Zuschalten des Kolbenmotors einer Motor-Generator-Einheit wird daher von den Nutzern solcher Elektrofahr- zeuge aufgrund der plötzlich spürbaren und ggf. hörbaren Schwingungen und Vibrationen sehr häufig als störend empfunden. Die Nutzer sind oftmals irritiert und verunsichert und gehen zu Unrecht von einem Schaden des Fahrzeugs aus.
Um derartige Vibrationen und Schwingungen bei leichten Kolbenmotoren zu reduzieren, ist es grundsätzlich möglich, die Kurbelwelle mit einer Schwungmasse zu koppeln, wodurch insgesamt die Trägheitsmasse des Kolbenmotors beträchtlich erhöht werden kann. Gleichzeitig nimmt dabei das Gewicht der gesamten Motor-Generator-Einheit entsprechend zu. Außerdem erhöhen sich dadurch die Kosten sowie der erforderliche Bauraum.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Fahrzeug der vorstehend beschriebenen Art, das mit einer solchen Motor-Generator-Einheit ausgestattet ist, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich bei einem geringen Gewicht insbesondere durch eine reduzierte Schwingungsneigung auszeichnet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mittels eines dynamisch veränderten bzw. angepassten Generatormoments innerhalb eines Rotationszyk- lusses der Kurbelwelle, bei dem alle Kolben jeweils alle ihre Arbeitstakte einmal durchlaufen, variierenden Motormomenten entgegenzuwirken. Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass ein Beschleunigen der Kurbelwelle und ein Abbremsen der Kurbelwelle mit den über die Kolben in die Kurbelwelle eingeleiteten Motormomenten korrelieren. Erhöhte Motormomente führen zu einer Beschleunigung der Kurbelwelle, während reduzierte Motormomente zu einem Abbremsen der Kurbelwelle führen. Die Generatormomente wirken den Motormomenten entgegen, so dass hohe Generatormomente die Kurbelwelle stark abbremsen, während reduzierte Generatormomente die Kurbelwelle nur wenig abbremsen. Innerhalb eines Rotationszyklusses der Kurbelwelle wird erfindungsgemäß das Generatormoment dynamisch und synchron zum Motormoment variiert, derart, dass höheren Motormomenten entsprechend höhere Generatormomente entgegenwirken, während bei niedrigeren Motormomenten entsprechend niedrigere oder keine Generatormomente entgegenwirken. Dies führt während des Betriebs der Motor-Generator-Einheit dazu, dass die Kurbelwelle bei hohen Motormomenten am Beschleunigen behindert wird, während bei niedrigen Motormomenten die bremsenden Generatormomente reduziert sind, wodurch in diesen Bereichen die Abbremsung der Kurbelwelle nicht oder nur reduziert erfolgt. Auf diese Weise lässt sich ein Drehzahlverlauf der Kurbelwelle innerhalb ihres Rotationszyklusses vergleichmäßigen, wodurch ein Abstand zwischen einer maximalen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und einer minimalen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle innerhalb eines Rotationszyklusses reduziert wer- den kann. In der Folge nimmt die Neigung des Kolbenmotors zu Schwingungen und Vibrationen signifikant ab.
Dabei ist es insbesondere möglich, innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses während Phasen bzw. während Kurbelwellenwinkeln, in denen ein erhöhtes Motormoment herrscht, diesem ein höheres Generatormoment entgegenzusetzen, wodurch während diesen Phasen bzw. Winkelbereichen der Motor-Generator- Einheit mehr elektrische Leistung entnommen werden kann. Hierdurch lassen sich diejenigen Phasen bzw. Winkelbereiche ausgleichen, während denen bei einem reduzierten Generatormoment weniger elektrische Energie entnommen werden kann. Insbesondere ist es dadurch möglich, der Motor-Generator-Einheit im zeitlichen Mittel gleichviel elektrische Energie zu entziehen wie dies bei einem konstanten Generatormoment auf einem mittleren Niveau der Fall ist, wobei jedoch durch die vorgeschlagene dynamische Ansteuerung des Generators das Vibrations- bzw. Schwingungsverhalten der Motor-Generator-Einheit erheblich verbessert ist. Die Variation des Generatormoments erfolgt dabei synchron zu einem Verlauf des Motormoments. Da diese Veränderung oder Anpassung des Generatormoments innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses erfolgt, liegt ein dynamisches Generatormoment vor. Da diese dynamische Anpassung abhängig vom Verlauf des Motormoments erfolgt, ist das dynamische Generatormoment mit dem Motormoment synchronisiert.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses der Kurbelwelle das Generatormoment erhöht werden, wenn das Motormoment zunimmt, und reduziert werden, wenn das Motormoment abnimmt. Insbesondere werden somit die dem Motormoment entgegenwirkenden Generatormomente synchron erhöht und reduziert, und zwar innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses. Die hier gewählte Formulierung umfasst dabei sowohl ein Umschalten des Generatormoments zwischen nur zwei verschiedenen Wer- ten als auch ein proportionales Nachführen des Generatormoments entsprechend dem Verlauf des Motormoments. Ebenso sind grundsätzlich beliebige gestufte Adaptionen denkbar.
Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Generator zum Erhöhen des Generatormoments eingeschaltet wird, insbesondere auf einem konstanten Wert, und zum Reduzieren des Generatormoments ausgeschaltet wird. Im ausgeschalteten Zustand erzeugt der Generator sein kleinstes Gegenmoment, das im Wesentlichen nur durch seine Massenträgheit sowie durch Reibungseffekte bestimmt ist. Eine derartige dynamische Generatorsteuerung lässt sich besonders einfach realisieren.
Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zum Erhöhen des Generatormoments eine vom Generator abgegebene elektrische Leistung erhöht wird, während zum Reduzieren des Generatormoments eine vom Generator abgegebene elektrische Leistung reduziert wird. Beispielsweise lässt sich in einer Fahrzeuganwendung ein Ladestrom, der zum Aufladen einer elektrischen Batterie genutzt wird, vergleichsweise einfach steuern, wodurch die am Generator abgenommene elektrische Leistung steuerbar ist.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein erhöhtes Motormoment während eines Expansionshubs eines Kolbens des Kolbenmotors vorliegen. Sofern der Kolbenmotor mehrere Kolben aufweist, sind diese hinsichtlich ihrer Expansionshübe üblicherweise bezüglich des Kurbelwellenwinkels phasenverschoben mit der Kurbelwelle gekoppelt. Dabei kann der Expansionshub eines jeden Zylinders zu einem erhöhten Motormoment führen. Jeder Expansionshub erstreckt sich üblicherweise über 180° Kurbelwellenwinkel. Sofern die einzelnen Expansionshübe unmittelbar aufeinanderfolgen, kann auch ein größerer Winkelbereich mit erhöhtem Motormoment definiert werden, der bei zwei aufeinander- folgenden Expansionshüben bei zwei verschiedenen Kolben beispielsweise 360° Kurbelwellenwinkel umfassen kann.
Beispielsweise können innerhalb des jeweiligen in Grad Kurbelwellenwinkel gemessenen Rotationszyklusses ein erster Winkelbereich mit einem im Mittel reduzierten Motormoment und ein zweiter Winkelbereich mit einem im Mittel höheren Motormoment vorliegen, wobei dann das Generatormoment im ersten Winkelbereich reduziert wird und im zweiten Winkelbereich erhöht wird. Insbesondere kann im ersten Winkelbereich der Generator mit einem konstanten reduzierten Motormoment betrieben werden oder sogar ausgeschaltet werden, während er im zweiten Winkelbereich ein konstantes, vergleichsweise hohes Generatormoment aufweist bzw. erzeugt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Generatormoment innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses entsprechend einem Verlauf des Motormoments variiert werden. Das Generatormoment folgt in diesem Fall weitgehend den Schwankungen des Motormoments, wobei auch hier eine mehr oder weniger stark gestufte Nachführung des Generatormoments abhängig vom Motormoment realisierbar ist.
Von besonderem Interesse ist eine Ausführungsform, bei welcher der Kolbenmotor nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeitet, so dass der Rotationszyklus seiner Kurbelwelle 720° Kurbelwellenwinkel beträgt.
Sofern entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung nun der Kolbenmotor mit nur zwei Kolben arbeitet, die insbesondere in Reihe angeordnet sind, kann vorgesehen sein, dass die beiden Kolben mit der Kurbelwelle so antriebsverbunden sind, dass die Expansionshübe der beiden Kolben um 180° Kurbelwellenwinkel zueinander phasenverschoben sind. Das bedeutet, dass in einem Winkelbereich von 0° bis 180° der erste Kolben seinen Expansionshub durchführt, während in einem Winkelbereich von 180° bis 360° der zweite Kolben seinen Expansionshub durchführt. Diese beiden Expansionshübe können nun winkelmäßig zu einem gemeinsamen Winkelbereich zusammengefasst werden, der sich von 0° bis 360° Kurbelwellenwinkel erstreckt und innerhalb dem im Mittel ein höheres Motormoment vorliegt. Dies würde dem vorstehend eingeführten zweiten Winkelbereich entsprechen. In einem vorausgehenden oder nachfolgenden Winkelbereich, der sich entweder von -360° bis 0° Kurbelwellenwinkel oder von 360° bis 720° Kurbelwellenwinkel erstreckt, liegt dann der erste Winkelbereich vor, in dem im Mittel ein deutlich reduziertes Motormoment herrscht. Sofern entsprechend einer besonders einfachen Ausführungsform der Generator nur zwischen einem Einschaltzustand und einem Ausschaltzustand umgeschaltet wird, um das Generatormoment zu variieren, bleibt der Generator während des ersten Winkelbereichs ausgeschaltet, während er während des zweiten Winkelbereichs eingeschaltet ist.
Ferner ist denkbar, den Generator als Elektromotor zu betreiben, um negative Generatorenmomente zu erzeugen, die ein Beschleunigen der Kurbelwelle bewirken. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn negative Motormomente vorliegen, die ein Abbremsen der Kurbelwelle bewirken. Die negativen Generatorenmomente können die negativen Motormomente kompensieren.
Eine erfindungsgemäße Motor-Generator-Einheit, die bevorzugt in einem Kraftfahrzeug zur Anwendung kommt, zeichnet sich somit durch einen Kolbenmotor mit interner Verbrennung und einen Generator zur Stromerzeugung aus, der mit dem Kolbenmotor antriebsverbunden ist. Des Weiteren ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die so ausgestaltet und programmiert ist, dass sie das vorstehend beschriebene Betriebsverfahren durchführt bzw. dass sie das Generatormoment abhängig vom Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle des Kolbenmotors einstellt. Hierzu ist die Steuereinrichtung einerseits mit dem Kolbenmotor und andererseits mit dem Generator auf geeignete Weise verbunden. Insbesondere kennt die Steuereinrichtung die aktuelle Drehlage der Kurbelwelle, um abhängig vom jeweiligen Kurbelwellenwinkel das Generatormoment dynamisch, also innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses der Kurbelwelle zu variieren.
Dabei kann die Steuereinrichtung insbesondere so konfiguriert sein, dass sie das vorstehend erläuterte Betriebsverfahren einschließlich der genannten Varianten während des Betriebs der Motor-Generator-Einheit ausführen kann.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der Kolbenmotor als Vier-Takt-Motor ausgestaltet ist und genau zwei Kolben zum Antreiben der Kurbelwelle aufweist, deren Expansionshübe um 180° Kurbelwellenwinkel zueinander versetzt sind. Der so gebildete Range-Extender baut sehr kompakt und besitzt nur ein relativ geringes Gewicht. Die Steuereinrichtung unterteilt nun den 720° Kurbelwellenwinkel umfassenden Rotationszykluss in zwei gleich große, aufeinanderfolgende Winkelbereiche von jeweils 360° Kurbelwellenwinkel. In einem ersten Winkelbereich, in dem keine Expansionshübe stattfinden, schaltet die Steuereinrichtung den Generator aus. Im unmittelbar darauf folgenden zweiten Winkelbereich, in dem beide Kolben ihre Expansionshübe durchführen, schaltet die Steuereinrichtung den Generator an, um ein dem erhöhten Motormoment ausgleichend entgegenwirkendes Generatormoment zu erzeugen. Hierdurch lässt sich mit sehr einfachen Maßnahmen die Schwingungsneigung des Kolbenmotors signifikant reduzieren.
Ein erfindungsgemäßes Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ist mit wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs und mit einer Motor- Generator-Einheit der vorstehenden Art ausgestattet, um den jeweiligen Elektromotor mit Strom versorgen zu können. Insbesondere umfasst ein derartiges Elektrofahrzeug zumindest eine wiederaufladbare Batterie zum Speichern elektrischer Energie, wobei mit Hilfe der Motor-Generator-Einheit diese Batterie und/oder der jeweilige Elektromotor mit Strom versorgt werden kann/können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines
Fahrzeugs,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem ein Motormoment für zwei Zylinder über einem Kurbelwellenwinkel aufgetragen ist,
Fig. 3 ein Diagramm, in dem das Motormoment für einen Motor über dem
Kurbelwellenwinkel aufgetragen ist, Fig. 4 ein Diagramm, in dem eine Motordrehzahl über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen ist, und zwar zum einen für ein konstantes Generatormoment und zum anderen für ein dynamisches Generatormoment,
Fig. 5 ein Diagramm, in dem ein relatives Generatormoment über dem
Kurbelwellenwinkel aufgetragen ist, und zwar zum einen für ein konstantes Generatormoment und zum anderen für ein dynamisches Generatormoment,
Fig. 6 ein Diagramm, in dem ein Zylindermitteldruck über der Motordrehzahl für eine Vielzahl unterschiedlicher Motormomente aufgetragen ist.
Entsprechend Figur 1 umfasst ein Elektrofahrzeug 1 zumindest einen Elektromotor 2 zum Antreiben des Fahrzeugs. Ferner ist das Fahrzeug 1 mit einer Motor- Generator-Einheit 3 ausgestattet, die zur Stromversorgung des Elektromotors 2 dient. Die Motor-Generator-Einheit 3 umfasst einen Kolbenmotor 4 mit interner Verbrennung und einen Generator 5 zur Stromerzeugung, der mit dem Kolbenmotor 4 antriebsverbunden ist. Das Fahrzeug 1 ist außerdem mit wenigstens einer Batterie 6 ausgestattet. Der Elektromotor 2, die Batterie 6 und der Generator 5 sind auf geeignete Weise so miteinander verschaltet, dass die Stromversorgung des jeweiligen Elektromotors 2 über die Batterie 6 oder über den Generator 5 erfolgen kann und dass die Batterie 6 mit Hilfe des Generators 5 aufgeladen werden kann. Das Fahrzeug besitzt somit einen seriellen Hybridantrieb.
Das Fahrzeug 1 ist außerdem mit einem Kraftstofftank 7 zur Versorgung des Kolbenmotors 4 mit Kraftstoff ausgestattet. Der Kolbenmotor 4 dient nicht zum Antreiben des Fahrzeugs 1 , sondern nur zum Antreiben des Generators 5, so dass die Antnebsleistung des Kolbenmotors 4 mit Hilfe des Generators 5 in elektrische Leistung transformiert werden kann, die dann zur Stromversorgung des Elektromotors 2 genutzt werden kann.
Die Motor-Generator-Einheit 3 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 8, die einerseits mit dem Kolbenmotor 4 und andererseits mit dem Generator 5 kommuniziert. Des Weiteren kommuniziert die Steuereinrichtung 8 mit einer Fahrzeugsteuereinrichtung 9, die ihrerseits auf geeignete Weise mit der Batterie 6 und mit dem jeweiligen Elektromotor 2 gekoppelt ist. Es ist klar, dass die Steuereinrichtungen 8, 9 außerdem mit weiteren Sensoren, Bedienelementen und dergleichen verbunden sein können.
Der Kolbenmotor 4 umfasst in üblicher weise eine Kurbelwelle 10, die mit wenigstens einem Kolben 1 1 des Kolbenmotors 4 antriebsverbunden ist, üblicherweise über je eine Pleuelstange 12. Der jeweilige Kolben 1 1 ist innerhalb des Kolbenmotors 4 in einem Zylinder 13 hubverstellbar angeordnet. Beim hier vorgestellten Kolbenmotor 4 handelt es sich bevorzugt um einen Zwei-Zylinder- Reihenmotor, der nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeitet. Somit führt jeder Kolben 1 1 während zwei vollständigen Umdrehungen der Kurbelwelle 10 aufeinanderfolgend jeweils einen Expansionshub oder -takt, einen Ausschiebehub oder -takt, einen Ansaughub oder -takt und einen Kompressionshub oder -takt durch. Jeder einzelne Hub oder Takt umfasst 180° Kurbelwellenwinkel. Um bei jedem Zylinder 13 bzw. bei jedem Kolben 1 1 alle vier Takte durchfahren zu können, muss die Kurbelwelle 10 einen Rotationszyklus durchlaufen, der folglich 720° Kurbelwellenwinkel umfasst.
Die Steuereinrichtung 8 der Motor-Generator-Einheit 3 ist so ausgestaltet bzw. programmiert, dass sie ein am Generator 5 wirksames Generatormoment abhängig vom Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 10 des Kolbenmotors 4 einstellen kann, also innerhalb des Rotationszyklusses dynamisch verändern bzw. variieren kann. Die Steuereinrichtung 8 kann hierzu insbesondere das nachfolgend beschriebene Betriebsverfahren einschließlich der erwähnten Varianten durchführen. Dieses Betriebsverfahren wird dabei anhand eines Kolbenmotors 4 beschrieben, der genau zwei Zylinder in Reihenanordnung aufweist und nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeitet. Es ist klar, dass dieses Betriebsverfahren grundsätzlich auch für eine andere Anzahl an Zylindern und/oder für eine andere Anordnung der Zylinder und/oder auch für das Zwei-Takt-Prinzip anwendbar ist.
Im Diagramm der Figur 2 findet sich mit durchgezogener Linie ein erster Verlauf 14 eines Motormoments, das in einem ersten Zylinder 13 mit Hilfe eines ersten Kolbens 1 1 auf die Kurbelwelle 10 übertragen wird. Ein entsprechender zweiter Verlauf 15 eines zweiten Zylinders 13 bzw. eines zweiten Kolbens 1 1 ist mit unterbrochener Line dargestellt. Das Diagramm der Figur 2 erstreckt sich in der Abszisse über 720° Kurbelwellenwinkel, also über einen einzigen Rotationszyklus der Kurbelwelle 10. Die vier Takte des jeweiligen Zylinders 13 sind dabei in vier Hubbewegungen des zugehörigen Kolbens 1 1 unterteilt, die sich jeweils über etwa 180° Kurbelwellenwinkel erstrecken. Erkennbar zeigt der erste Verlauf 14 in einem Winkelbereich von 0° bis 180° den Expansionshub mit einer maximalen Momentübertragung auf die Kurbelwelle 10. Daran schließt sich in einem Winkelbereich von 180° bis 360° ein Ausschiebehub an, in dem der zugehörige Kolben 1 1 die bei der Verbrennung entstandenen Verbrennungsabgase aus dem zugehörigen Zylinder 13 ausschiebt. Hierzu benötigt der jeweilige Kolben 1 1 Kraft, die er der Kurbelwelle 10 in Form eines Negativmoments entnimmt. Daran schließt sich in einem Winkelbereich von -360° bis -180° ein Saughub an, der in Figur 2 ein leicht positives Moment erzeugt. Anschließend erfolgt von -180° bis 0° ein Kompressionshub, in dem die angesaugte Frischluft verdichtet wird und der sich durch eine vergleichsweise hohe Momentaufnahme, also ein Negativmoment, auszeichnet. Der zweite Verlauf 15 korreliert zum ersten Verlauf 14, ist diesbezüglich jedoch um 180° phasenverschoben.
Im Diagramm der Figur 3 sind die beiden Verläufe 14, 15 der Fig. 2 zu einem Gesamtverlauf 16 zusammengefasst, der den Verlauf des vom Kolbenmotor 4 auf die Kurbelwelle 10 aufgebrachten Motormoments repräsentiert. Erkennbar erfolgt in einem Winkelbereich von -360° bis etwa -90° im Wesentlichen kein Momenteneintrag in die Kurbelwelle 10. Starke, beschleunigend wirkende positive Momente liegen in Winkelbereichen von 0° bis 90° und von 180° bis 360° vor. Relativ hohe negative, abbremsend wirkende Momente liegen dagegen in den Bereich von etwa -90° bis 0° und 90° bis 180° vor.
Im Diagramm der Figur 4 ist nun mit durchgezogener Linie ein Verlauf 17 einer Motordrehzahl abhängig vom Kurbelwellenwinkel über einen gesamten Rotationszyklus dargestellt. Die Motordrehzahl entspricht dabei der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 10. Erkennbar schwankt die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 10 innerhalb eines einzigen Rotationszyklusses. Dies ist darauf zurückzuführen, dass positive Motormomente eine Beschleunigung der Kurbelwelle 10 bewirken, während negative Motormomente ein Abbremsen der Kurbelwelle 10 bewirken. Ist die Kurbelwelle 10 außerdem mit dem Generator 5 antriebsverbunden, kann außerdem ein dem Motormoment entgegenwirkendes Generatormoment ein Abbremsen der Kurbelwelle 10 bewirken. Im Diagramm der Figur 4 sind außerdem Generatormomente vorhanden. Für den mit durchgezogener Linie dargestellten Verlauf 17 wird dabei ein konstantes Generatormoment angenommen, wie es bei einer herkömmlichen Betriebsweise einer derartigen Motor- Generator-Einheit 3 der Fall ist. In der Folge kommt es im Winkelbereich von -360° bis -90° zu einem Abbremsen der Kurbelwelle 10 aufgrund des konstanten Generatormoments, obwohl gemäß Figur 3 in diesem Winkelbereich kein Motormoment vorliegt. Im Winkelbereich von -90° bis 0° kommt es zu einem starken Abbremsen der Kurbelwelle 10 aufgrund des negativen Motormoments gemäß dem Verlauf 16 der Figur 3. Anschließend kommt es im Winkelbereich von 0° bis 90° wieder zu einer starken Beschleunigung der Kurbelwelle 10, was auf das hohe positive Motormoment des Verlaufs 16 in Figur 3 zurückzuführen ist. Anschließend bricht der Verlauf 17 der Figur 4 im Winkelbereich von 90° bis 180° wieder kurzzeitig ein, das heißt die Drehzahl der Kurbelwelle 10 nimmt wieder etwas ab, was auf da negative Motormoment des Verlaufs 16 gemäß Figur 3 zurückzuführen ist. Anschließend steigt in Figur 4 die Drehzahl gemäß dem Verlauf 17 im Winkelbereich von 180° bis 360° wieder stark an, was auf das positive Motormoment gemäß dem Verlauf 16 aus Figur 3 zurückzuführen ist. Dieser herkömmliche Verlauf 17, der bei einem konstanten Generatormoment entsteht, besitzt bei 18 ein Minimum mit minimaler Drehzahl der Kurbelwelle 10 und bei 19 ein Maximum bei maximaler Drehzahl der Kurbelwelle 10. Eine Differenz zwischen Minimum 18 und Maximum 19 ist in Figur 4 mit 20 bezeichnet. Diese Differenz 20 ist vergleichsweise groß. Diese Differenz 20 tritt innerhalb jedes Rotati- onszyklusses auf, wodurch die Kurbelwelle 10 vergleichsweise unruhig läuft, so dass der Kolbenmotor 4 eine vergleichsweise hohe Tendenz zu Schwingungen und Vibrationen zeigt. Diese Drehzahldifferenz 20 ist umso höher, je niedriger die Drehzahl des Kolbenmotors 4 ist und je höher das an der Kurbelwelle 10 angreifende Generatormoment ist. Ferner vergrößert sich diese Drehzahldifferenz mit abnehmender Trägheitsmasse des Kolbenmotors 4 bzw. der gesamten Motor- Generator-Einheit 3.
In Figur 5 ist mit durchgezogener Linie ein Verlauf 21 eines herkömmlichen konstanten Generatormoments eingetragen, das im Folgenden ebenfalls mit 21 bezeichnet wird, wobei die Ordinate ein relatives Generatormoment repräsentiert, das also auf ein mittleres Motormoment bezogen ist. Das konstante Generatormoment 21 bzw. der konstante Verlauf 21 besitzt somit einen Wert nahe bei 1 , jedoch unterhalb von 1 . Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschla- gen, das Generatormonnent innerhalb eine Rotationszyklusses nicht konstant zu halten, sondern innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses synchron, also abgestimmt auf den Verlauf 16 des Motormoments zu variieren. In Figur 5 ist dabei eine besonders einfache Ausführungsform dargestellt, bei welcher in einem ersten Winkelbereich von -360° bis 0° der Generator 5 ausgeschaltet ist und dementsprechend im Wesentlichen kein Generatormoment erzeugt, während er in einem Winkelbereich von 0° bis 360° eingeschaltet ist und dabei ein vergleichsweise großes Generatormoment erzeugt, dessen Wert sich in der Nähe von 2, jedoch unterhalb von 2 befindet. Dieser dynamische Verlauf des Generatormoments ist im Diagramm der Figur 5 mit unterbrochener Linie dargestellt und mit 22 bezeichnet, wobei im Folgenden auch das dynamische Generatorenmoment selbst mit 22 bezeichnet wird.
Zurückkommend auf Figur 4 wird dieses dynamische Generatormoment 22 im Betrieb der Motor-Generator-Einheit 3 angewandt. Der daraus resultierende Verlauf für die Drehzahl der Kurbelwelle 10 ist im Diagramm der Figur 4 mit unterbrochener Linie dargestellt und mit 23 bezeichnet. Erkennbar nimmt die Drehzahl im Winkelbereich von -360° bis 90° wieder ab, jedoch längst nicht so stark wie beim Verlauf 17 mit konstantem Generatormoment 22 gemäß dem konstanten Verlauf 22 in Figur 5. Dies ist darauf zurückzuführen, dass gemäß dem dynamischen Verlauf 22 in Figur 5 während diesem Winkelbereich kein Generatormoment vorliegt, das abbremsend auf die Kurbelwelle 10 einwirken könnte. Dass die Motordrehzahl bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle 10 dennoch abnimmt, ist weitgehend auf Reibungseffekte zurückzuführen. Im Winkelbereich von -90° bis 0° nimmt die Motordrehzahl stärker ab, jedoch längst nicht so stark wie im Falle eines konstanten Generatormoments 21 . Dies liegt daran, dass hier nur das negative Motormoment gemäß dem Verlauf 16 aus Figur 3 wirksam ist, während gemäß dem dynamischen Verlauf 22 in Figur 5 nach wie vor kein Generatormoment anliegt. Im Winkelbereich von 0° bis 90° steigt die Motordrehzahl an, was auf das hohe positive Motormonnent gemäß dem Verlauf 16 in Figur 3 zurückzuführen ist. Der Drehzahlanstieg ist jedoch nicht so stark wie im Verlauf 17 mit konstantem Generatormoment 21 . Dies ist darauf zurückzuführen, dass gemäß dem dynamischen Verlauf 22 in Figur 5 das dynamische Generatormoment 22 etwa doppelt so groß gewählt ist wie das konstante Generatormoment 21 entsprechend dem Verlauf 21 in Figur 5. Anschließend folgt im Verlauf 23 der Motordrehzahl im Winkelbereich von 90° bis 180° wieder eine Abbremsung aufgrund des negativen Motormoments im Verlauf 16 der Figur 3. Diese Abbremsung ist im Verlauf 23 mit dem dynamischen Generatormoment 22 dabei stärker ausgeprägt als im Verlauf 17 mit konstantem Generatormoment 21 . Dies liegt daran, dass hier das abbremsende Generatormoment deutlich größer ist, nämlich etwa doppelt so groß ist wie das konstante Generatormoment 21 . Im Winkelbereich von 180° bis 360° nimmt die Motordrehzahl wieder zu, was durch das positive Motormoment im Verlauf 16 gemäß Figur 3 zurückzuführen ist. Auch hier fällt der Drehzahlanstieg im Verlauf 23 mit dynamischem Generatormoment 22 schwächer aus als im Verlauf 17 mit konstantem Generatormoment 21 , was auf das etwa doppelt so hohe negative bzw. abbremsende Generatormoment gemäß dem Verlauf 22 zurückzuführen ist.
Wie sich Figur 4 entnehmen lässt, besitzt somit auch der Verlauf 23 der Drehzahl mit dynamischem Generatormoment 22 bei 24 ein Minimum mit minimaler Motordrehzahl und bei 25 ein Maximum mit maximaler Motordrehzahl. Hierdurch ergibt sich wieder eine Drehzahldifferenz 26 für den Verlauf 23 mit dynamischem Generatormoment 22, die signifikant kleiner ist als die Drehzahldifferenz 20 des Verlaufs 17 mit konstantem Generatormoment 21 . In der Folge ist die Tendenz zu Schwingungen und Vibrationen des Kolbenmotors 4 bzw. der gesamten Motor- Generator-Einheit 3 signifikant reduziert. Da außerdem gemäß der hier betrachteten Ausführungsform das dynamische Generatormoment 22 über die Hälfte des Rotationszyklusses doppelt so groß ist wie das sich konstant über den gesamten Rotationszyklus erstreckende konstante Generatormoment 21 , ist die Leistungsausbeute in beiden Fällen etwa gleich groß.
In Figur 6 ist rein exemplarisch der Zylindermitteldruck über verschiedene Motordrehzahlen aufgetragen, wobei eine Vielzahl von unterschiedlichen Verläufen wiedergegeben sind, die sich bei unterschiedlichen Motorlasten, also bei unterschiedlichen Leistungsanforderungen am Generator 5 einstellen. Die durchgezogenen Linien entsprechen dabei wieder Verläufen, die sich bei konstantem Generatormoment 21 einstellen. Mit unterbrochener Linie sind dagegen Verläufe eingetragen, die sich bei dynamischem Generatormoment 22 einstellen. Die einzelnen Verläufe sind dabei durch Zahlenwerte charakterisiert, die unterschiedliche Lastfälle repräsentieren sollen. Insgesamt kann dem Diagramm entnommen werden, dass sich die vorstehend beschriebene Beruhigung des Drehzahlverlaufs der Kurbelwelle 10 innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses im Wesentlichen im gesamten Kennfeld des Kolbenmotors 4 realisieren lässt, also bei unterschiedlichen Drehzahlen und bei unterschiedlichen Lastfällen. Im Diagramm der Figur 6 ist außerdem mit punktierter Linie ein Verlauf 27 eingetragen, der den maximal einstellbaren Zylindermitteldruck in Abhängigkeit der Motordrehzahl repräsentiert.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses das Generatormoment 5 erhöht werden, wenn das Motormoment zunimmt, und reduziert werden, wenn das Motormoment abnimmt. Beim hier vorgestellten, besonders einfach realisierbaren Ausführungsbeispiel wird zum Erhöhen des Generatormoments der Generator 5 eingeschaltet, während zum Reduzieren des Generatormoments der Generator 5 ausgeschaltet wird. Es ist klar, dass insbesondere bei kleineren Drehzahlen der Kurbelwelle 10 auch eine bessere dynamische Anpassung des Generatormoments an den Verlauf des Motormoments realisierbar ist. Insbesondere ist denkbar, dass mehrere von Null verschiedene, unterschiedliche Generatormomente erzeugt werden können, um dem Verlauf 16 des Motormoments insgesamt besser folgen zu können.
Zum Erhöhen des Generatormoments kann beispielsweise eine vom Generator 5 abgegebene elektrische Leistung erhöht werden. Zum Reduzieren des Generatormoments kann dagegen eine vom Generator 5 abgegebene elektrische Leistung reduziert werden.
Wie sich dem Zusammenhang der Figuren 2 und 3 entnehmen lässt, liegt ein erhöhtes Motormoment vor allem dann vor, wenn einer der Kolben 1 1 einen Expansionshub durchführt.
Beim hier gezeigten Beispiel liegt innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses ein erster Winkelbereich vor, der sich hier von -360° bis 0° Kurbelwellenwinkel erstreckt und in dem ein im Mittel reduziertes Motormoment vorliegt. Ein zweiter Winkelbereich erstreckt sich dann von 0° bis 360° Kurbelwellenwinkel. In diesem zweiten Winkelbereich liegt dagegen ein höheres Motormoment vor. Gemäß Figur 5 wird das Generatormoment im ersten Winkelbereich reduziert, insbesondere durch Ausschalten des Generators 5, während das Generatormoment im zweiten Winkelbereich erhöht wird, nämlich insbesondere durch Einschalten des Generators 5 und Beaufschlagen des Generators 5 mit einem konstanten Strombedarf, wodurch sich am Generator 5 ein konstantes Generatormoment ergibt.
Zweckmäßig kann jedoch auch vorgesehen sein, das Generatormoment innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses entsprechend dem Verlauf 16 des Motormoments zu variieren. Im Fall der beiden Maxima im Verlauf 16 des Motormoments gemäß dem Diagramm der Figur 3 ist denkbar, diesen beiden Maxima jeweils ein separates Generatormoment zuzuordnen. Insbesondere ist auch denkbar, positiven Abschnitten im Verlauf 16 des Motormoments ein vergleichsweise hohes Generatormoment zuzuordnen. Bei Motormomenten, die im Verlauf 16 im Bereich Null liegen, kann das Generatormoment ebenfalls auf Null gesetzt werden. In Bereichen des Verlaufs 16, in denen das Motormoment negativ wird, kann das Generatormoment ebenfalls auf Null gesetzt werden. Ebenso ist gemäß einer speziellen Ausführungsform denkbar, in diesen Bereichen mit negativem Motormoment auch negative Generatormomente zu erzeugen, indem der Generator 5 vorübergehend als Elektromotor betrieben wird, dessen Antriebsmoment die Kurbelwelle 10 antreibt, also beschleunigt. Durch diese Maßnahme können die Drehzahlabfälle während der Kompressionshübe der einzelnen Zylinder 13 bzw. Kolben 1 1 nochmals reduziert werden. Die hierzu benötigte elektrische Energie kann durch ein erhöhtes Generatormoment in den Phasen besonders hoher Motormomente, also durch eine erhöhte Leistungsausbeute in diesen Phasen kompensiert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Fahrzeug, das ausschließlich elektromotorisch angetrieben ist,
- mit wenigstens einem Elektromotor (2) zum Antreiben des Fahrzeugs (1 ),
- mit einer Motor-Generator-Einheit (3) zur Stromversorgung des wenigstens einen Elektromotors (2),
- wobei die Motor-Generator-Einheit (3) ausgestattet ist
- mit einem Kolbenmotor (4) mit interner Verbrennung, der eine Kurbelwelle (10) aufweist,
- mit einem Generator (5) zur Stromerzeugung, der mit dem Kolbenmotor (4) antriebsverbunden ist,
- mit einer Steuereinrichtung (8) zum Betreiben der Motor-Generator-Einheit (3), die so ausgestaltet ist, dass sie ein Generatormoment während eines Rotati- onszyklusses einer Rotation der Kurbelwelle (10) abhängig vom Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle (10) variiert.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolbenmotor (4) als Vier-Takt-Motor ausgestaltet ist, bei dessen Vier- Takt-System der Rotationszyklus 720° Kurbelwellenwinkel beträgt.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolbenmotor (4) genau zwei Kolben (1 1 ) zum Antreiben der Kurbelwelle (10) aufweist, wobei die Expansionshübe der beiden Kolben (1 1 ) um 180° Kurbelwellenwinkel zueinander phasenverschoben sind.
4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie innerhalb des Rotati- onszyklusses das Generatormoment erhöht, wenn das Motormoment zunimmt, und reduziert, wenn das Motormoment abnimmt.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie den Generator (5) zum Erhöhen des Generatormoments einschaltet und zum Reduzieren des Generatormoments ausschaltet.
6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie zum Erhöhen des Generatormoments eine vom Generator (5) abgegebene elektrische Leistung erhöht, während sie zum Reduzieren des Generatormoments eine vom Generator (5) abgegebene elektrische Leistung reduziert.
7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie ein erhöhtes Motormoment während eines Expansionshubs eines Kolbens (1 1 ) des Kolbenmotors (4) annimmt.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie innerhalb des jeweiligen in Grad Kurbelwellenwinkel gemessenen Rotationszyklusses einen ersten Winkelbereich mit einem im Mittel reduzierten Motormoment und einen zweiten Winkelbereich mit einem im Mittel höheren Motormoment annimmt, - dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie das Generatormoment im ersten Winkelbereich reduziert und im zweiten Winkelbereich erhöht.
9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie das Generatormoment innerhalb des jeweiligen Rotationszyklusses entsprechend einem Verlauf (16) des Motormoments variiert.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie bei einem negativen Motormoment den Generator (5) als Elektromotor zum Erzeugen eines negativen Generatormoments betreibt.
1 1 . Fahrzeug zumindest nach den Ansprüchen 2, 3 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie davon ausgeht, dass die zwei Expansionshübe der beiden Kolben (1 1 ) ausschließlich innerhalb des zweiten Winkelbereichs auftreten, während im ersten Winkelbereich kein Expansionshub anfällt.
12. Fahrzeug nach den Ansprüchen 5 und 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie während des zweiten Winkelbereichs den Generator (5) zum Erhöhen des Generatormoments einschaltet und während des ersten Winkelbereichs zum Reduzieren des Generatormoments ausschaltet.
EP13773240.0A 2012-10-05 2013-10-04 Elektrofahrzeug Withdrawn EP2903853A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012218173.3A DE102012218173A1 (de) 2012-10-05 2012-10-05 Motor-Generator-Einheit und Betriebsverfahren
PCT/EP2013/070672 WO2014053620A2 (de) 2012-10-05 2013-10-04 Elektrofahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2903853A2 true EP2903853A2 (de) 2015-08-12

Family

ID=49303980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13773240.0A Withdrawn EP2903853A2 (de) 2012-10-05 2013-10-04 Elektrofahrzeug

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9764728B2 (de)
EP (1) EP2903853A2 (de)
DE (1) DE102012218173A1 (de)
WO (1) WO2014053620A2 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150015214A1 (en) * 2013-07-09 2015-01-15 Remy Technologies, L.L.C. Active vibration damping using alternator
DE102016221454A1 (de) * 2016-11-02 2018-05-03 Robert Bosch Gmbh Stabilisierung der Drehzahl einer mit einer elektrischen Maschine wirkverbundenen Brennkraftmaschine
US11598259B2 (en) 2019-08-29 2023-03-07 Achates Power, Inc. Hybrid drive system with an opposed-piston, internal combustion engine
JP7433712B2 (ja) * 2020-02-28 2024-02-20 ダイハツ工業株式会社 ハイブリッド車の制御装置
CN111775730A (zh) * 2020-07-24 2020-10-16 上海元城汽车技术有限公司 增程器启动控制方法、装置、整车控制器和介质

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19532129A1 (de) * 1995-08-31 1997-03-06 Clouth Gummiwerke Ag System zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten einer Welle, insbesondere der Triebwelle eines Verbrennungsmotors, und Verfahren hierzu
DE19532163A1 (de) * 1995-08-31 1997-03-06 Clouth Gummiwerke Ag System zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten einer Welle, insbesondere der Triebwelle eines Verbrennungsmotors, und Verfahren hierzu
DE19532135A1 (de) * 1995-08-31 1997-03-06 Clouth Gummiwerke Ag Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben desselben
GB2349483A (en) * 1999-04-28 2000-11-01 Rover Group An engine-driven generator assembly
US7523734B2 (en) * 2006-05-15 2009-04-28 Gm Global Technology Operations, Inc. System to reduce crankshaft speed variations
DE102006053057B4 (de) * 2006-11-10 2013-05-29 Mitsubishi Electric Corp. Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine
EP2581284B1 (de) * 2010-06-07 2015-02-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hybridfahrzeug und steuerungsverfahren dafür

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2014053620A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20150203094A1 (en) 2015-07-23
WO2014053620A3 (de) 2014-11-27
DE102012218173A1 (de) 2014-04-10
US9764728B2 (en) 2017-09-19
WO2014053620A2 (de) 2014-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009033544B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine
EP0847487B1 (de) Antriebssystem mit antriebsmotor, elektrischer maschine und batterie
EP2903853A2 (de) Elektrofahrzeug
DE102008025025A1 (de) Anordnung und Verfahren zur Verlängerung eines regenerativen Bremsens bei einem Hybridfahrzeug
DE202012013046U1 (de) Steuerungssystem und Hubkolbenkompressor
WO2005088105A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine im motorbremsbetrieb
EP2137039A1 (de) Hybridantriebsstrang
DE112014002103T5 (de) Steuervorrichtung für Hybridfahrzeug und Steuerverfahren dafür
DE102010034444A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs
DE4446246C1 (de) Verfahren zur Regelung des Lastannahme- und Beschleunigungsverhaltens von aufgeladenen Brennkraftmaschinen
DE102013100964B4 (de) Verfahren zum aktiven Dämpfen von Drehschwingungen einer Welle einer Maschine, insbesondere einer Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine,
DE112014002707T5 (de) Steuerungsvorrichtung für Verbrennungsmotor
AT512516B1 (de) Vibrationsdämpfung für einen Range-Extender
DE102020112747A1 (de) Range-Extender, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine, sowie ein Kraftfahrzeug
DE102017212129A1 (de) Steuervorrichtung für ein Hybridfahrzeug
DE10008287B4 (de) Fahrzeug-Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Antriebssystems
DE102016117304B4 (de) Ungleichmäßiger-Hubraum-Verbrennungsmotor-Steuersystem und -verfahren mit einem Transienter-Zustand-Steuerungsmodus
EP3261869A1 (de) Hybridantriebsstrang
DE102007017239A1 (de) Verfahren zum Aufbau von Drehmomentreserven in einem Hybridantrieb
DE102008025376A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine mit mehreren selektiv abschaltbaren Zylindern sowie Fahrzeugantriebsstrang
DE102015224557A1 (de) Hybridverbrennungsmotor
WO2015128078A1 (de) Verfahren zum betreiben eines antriebsstrangs für ein kraftfahrzeug, antriebsstrang und kraftfahrzeug
DE102013223325A1 (de) Verfahren zum Abstellen einer Brennkraftmaschine
DE102018217159A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit Wärmekraftmaschine und elektrischer Maschine
WO2012159716A1 (de) Arbeitsgerät mit adaptivem stromerzeuger und verfahren für arbeitsgerät

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20150330

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20170418

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20181106