WO2007107464A1 - Verfahren zum betreiben eines hybridantriebs eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2007107464A1
WO2007107464A1 PCT/EP2007/052230 EP2007052230W WO2007107464A1 WO 2007107464 A1 WO2007107464 A1 WO 2007107464A1 EP 2007052230 W EP2007052230 W EP 2007052230W WO 2007107464 A1 WO2007107464 A1 WO 2007107464A1
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diesel
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combustion
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Karsten Mann
Markus Hernier
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hybrid drive of a vehicle, with a diesel engine and two electric motors, wherein the hybrid drive is operated either in serial or in parallel mode.
  • a method of the type mentioned is known.
  • a hybrid engine equipped with a diesel engine and two electric motors can be operated in a serial mode in which the diesel engine drives one of the electric motors to charge an electrical storage of the vehicle.
  • the other electric motor provides a torque for driving the vehicle, being fed by the electric storage. If the known hybrid drive is operated in parallel mode, then the diesel engine and at least one of the electric motors each deliver a torque, wherein both torques jointly serve the drive of the vehicle.
  • a serial mode operation is performed wherein the diesel engine is operated with homogeneous diesel combustion, and that at higher power consumption, parallel mode operation is performed with the diesel engine operating with conventional or homogeneous diesel combustion ,
  • the invention Accordingly, at a low power requirement (approximately O to 60% of the full load of the diesel engine), a method of operating the hybrid propulsion system provides that the serial mode is present and the diesel engine is operated with homogeneous diesel combustion.
  • HCCI Homogeneous Charge Compression Ignition
  • the diesel fuel is injected directly into the respective combustion chamber of the diesel engine, whereby the resulting fuel-air mixture in the combustion chamber is ignited only when the total envisaged for the engine cycle fuel quantity injected into the respective combustion chamber has been.
  • very low fuel consumption can be achieved at very low emissions.
  • the hybrid drive is operated in parallel mode, where possible, the diesel engine remains in the homogeneous diesel combustion operation (HCCI) or it is on the conventional diesel combustion, if necessary. It is required in dynamic operating conditions and / or in the high load and full load range and / or at high speeds of the diesel engine.
  • the transition of the various modes and the various combustion methods is carried out by means of an automatically operating hybrid drive control.
  • the diesel engine and at least one of the electric motors drive the vehicle.
  • the operating condition permits a power reduction of the diesel engine, this is done by reducing its fuel supply and / or a reduction of its combustion air.
  • a reduction of the combustion air supply can take place in that the boost pressure is reduced.
  • the cross section is reduced in at least one intake pipe of the diesel engine. This can be done for example by adjusting a throttle.
  • a variable valve train of at least one valve of the diesel engine is adjusted. By adjusting the valve accordingly, the supply of combustion air can be reduced or adjusted.
  • Figure 1 shows schematically a hybrid drive of a motor vehicle
  • the hybrid drive 1 shows a hybrid drive 1 of a vehicle, not shown.
  • the hybrid drive 1 has a diesel engine 2 and two electric motors 3 and 4.
  • the diesel engine 2 receives its fuel from a tank 5.
  • the diesel engine 2 is coupled to the electric motor 3 and the two electric motors 3 and 4 are connected to each other via a controllable coupling 6.
  • the electric motor 4 is connected to a transmission 7, which leads to a differential 8, which is connected to drive wheels 9 of the motor vehicle.
  • a power electronics unit 10 is electrically connected to the two electric motors 3 and 4.
  • an electric memory 11 (rechargeable battery) is provided, which is electrically connected to the power electronics unit 10 in connection.
  • the diesel engine 2 drives the electric motor 3, which operates as a generator and charges the electric storage 11 via the power electronics unit 10.
  • the clutch 6 is in the open state.
  • the diesel engine is operated with homogeneous diesel combustion (HCCI).
  • the electric storage 11 operates via the power electronics unit 10, the electric motor 4, whose torque is supplied via the gear 7 and the differential 8 to the drive wheels 9.
  • the serial mode is left and operation takes place in the parallel mode.
  • the clutch 6 so that a torque transmitting connection between the two electric motors 3 and 4 consists.
  • the torque of the diesel engine 2 and at least one torque of one of the electric motors 3 and / or 4 acts together on the transmission 7 and from there via the differential 8 to the drive wheels 9.
  • the diesel engine 2 is preferably operated with homogeneous diesel combustion. If this is not possible due to a high power requirement, then the conventional diesel combustion is passed, in which even after ignition of the fuel-air mixture in the respective combustion chamber of the diesel engine still diesel fuel is injected.
  • FIGS. 2 to 6 the diagrams of FIGS. 2 to 6 are discussed below.
  • the ordinate represents the engine load, which is designated BMEP (Break Mean Effective Pressure).
  • BMEP Block Mean Effective Pressure
  • the velocity v is plotted.
  • Further power reduction is possible when the fuel supply and / or the combustion air supply are reduced.
  • the reduction of the air consumption can be done by reducing the boost pressure and / or by partially closing a throttle valve in the intake manifold of the diesel engine or by means of a variable valve train (WT) at least one valve of the diesel engine.
  • WT variable valve train
  • a cylinder shutdown is particularly easy to implement in direct-injection diesel engines. For example, the shutdown of three cylinders of a six-cylinder diesel engine, the performance can be reduced by (again) 50%.
  • a major advantage of the cylinder deactivation when using the homogeneous diesel combustion (HCCI) is the constantly maintaining state with regard to the change of charge in the engine. With a higher power requirement, the operating point of the engine is realized only by switching on previously deactivated cylinders, wherein the state of the charge exchange is not is changed. In this way, a diesel engine with, for example, 150 kW nominal power can be operated in the optimum performance-specific fuel consumption at about 15 kW.
  • FIG. 4 shows a diagram showing the power P as a function of different operating states a to e.
  • a there is a conventional drive.
  • the air costs are not reduced.
  • a serial hybrid in which no cylinders are switched off, but the amount of air has been reduced.
  • d there is a serial hybrid with cylinder deactivation and reduced air consumption.
  • the hybrid drive is in the off state.
  • the f denotes a serial hybrid vehicle mode.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, mit einem Dieselmotor (2) und zwei Elektromotoren (3, 4), wobei der Hybridantrieb wahlweise im seriellen oder im parallelen Modus betrieben wird. Es ist vorgesehen, dass bei niedrigem Leistungsbedarf ein Betrieb im seriellen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor (2) mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird, und dass bei höherem Leistungsbedarf ein Betrieb im parallelen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor (2) mit konventioneller oder mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, mit einem Dieselmotor und zwei Elektromotoren, wobei der Hybridantrieb wahlweise im seriellen oder im parallelen Modus betrieben wird.
Stand der Technik
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt. Ein mit einem Dieselmotor und zwei Elektromotoren ausgerüsteter Hybridantrieb lässt sich im seriellen Modus betreiben, in dem der Dieselmotor einen der Elektromotoren antreibt, um einen elektrischen Speicher des Fahrzeugs aufzuladen. Der andere Elektromotor liefert ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs, wobei er von dem elektrischen Speicher gespeist wird. Wird der bekannte Hybridantrieb im parallelen Modus betrieben, so liefern der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren jeweils ein Drehmoment, wobei beide Drehmomente gemeinsam dem Antrieb des Fahrzeugs dienen.
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Obwohl das bekannte Verfahren zum Betreiben des genannten Hybridantriebs bereits zu einem relativen niedrigen Kraftstoffverbrauch und relativ niedrigen Emissionen führt, sollen diese Werte noch weiter verbessert werden.
Technische Lösung
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass bei niedrigem Leistungsbedarf ein Betrieb im seriellen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird, und dass bei einem höheren Leistungsbedarf ein Betrieb im parallelen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit konventioneller oder homogener Dieselverbrennung betrieben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Hybridantriebs sieht demgemäß bei einem niedrigen Leistungsbedarf (circa O bis 60 % der Volllast des Dieselmotors) vor, dass der serielle Modus vorliegt und der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird. Bei der homogenen Dieselverbrennung (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition) wird der Dieselkraftstoff direkt in den jeweiligen Brennraum des Dieselmotors eingespritzt, wobei das im Brennraum so entstehende Kraftstoff-Luftgemisch erst gezündet wird, wenn die für den Motortakt insgesamt vorgesehene Kraftstoffmenge in den jeweiligen Brennraum eingespritzt wurde. Hierdurch lassen sich sehr niedrige Kraftstoffverbrauchswerte bei sehr niedrigen Emissionen erzielen. Ist ein höherer Leistungsbedarf (circa > 60 % der Volllast des Dieselmotors) für den Betrieb des Fahrzeugs erforderlich, so wird der Hybridantrieb im parallelen Modus betrieben, wobei - wenn möglich, der Dieselmotor weiter im homogenen Dieselverbrennungsbetrieb verbleibt (HCCI) oder es wird auf die konventionelle Dieselverbrennung übergegangen, wenn dies erforderlich wird. Erforderlich wird es bei dynamischen Betriebszuständen und/oder im Hochlast- und Volllastbereich und/oder bei hohen Drehzahlen des Dieselmotors. Der Übergang der verschiedenen Modi und der verschiedenen Verbrennungsverfahren erfolgt mittels einer automatisch arbeitenden Hybridantriebssteuerung.
Vorteilhafte Wirkungen
Insbesondere ist vorgesehen, dass im seriellen Modus der Dieselmotor einen der Elektromotoren als Generator zum Laden eines elektrischen Speichers antreibt und der andere Elektromotor durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher das Fahrzeug antreibt.
Im parallelen Modus ist insbesondere vorgesehen, dass der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren das Fahrzeug antreiben.
Erlaubt es der Betriebszustand, eine Leistungsreduzierung des Dieselmotors vorzunehmen, so erfolgt dies durch eine Reduzierung seiner Kraftstoffzufuhr und/oder einer Reduzierung seiner Verbrennungsluft.
Nach einer Weiterbildung kann eine Reduzierung der Brennungsluftzufuhr dadurch erfolgen, dass der Ladedruck herabgesetzt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass für eine Reduzierung der Verbrennungsluftzufuhr der Querschnitt in mindestens einem Ansaugrohr des Dieselmotors verringert wird. Dies kann beispielsweise durch Verstellung einer Drosselklappe erfolgen.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass für eine Reduzierung der Verbrennungsluftzufuhr ein variabler Ventiltrieb mindestens eines Ventils des Dieselmotors verstellt wird. Durch eine entsprechende Ventileinstellung lässt sich demzufolge die Zufuhr von Verbrennungsluft reduzieren beziehungsweise einstellen.
Kann eine Leistungsreduzierung des Dieselmotors aufgrund der vorliegenden Fahrsituation erfolgen, so wird dies vorzugsweise mittels einer Zylinderabschaltung vorgenommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt:
Figur 1 schematisch einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs und
Figuren 2 bis 6 verschiedene Diagramme.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die Figur 1 zeigt einen Hybridantrieb 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Der Hybridantrieb 1 weist einen Dieselmotor 2 sowie zwei Elektromotoren 3 und 4 auf. Der Dieselmotor 2 erhält seinen Kraftstoff aus einem Tank 5. Der Dieselmotor 2 ist mit dem Elektromotor 3 gekuppelt und die beiden Elektromotoren 3 und 4 sind über eine steuerbare Kupplung 6 miteinander verbindbar. Ausgangseitig steht der Elektromotor 4 mit einem Getriebe 7 in Verbindung, das zu einem Differenzial 8 führt, welches mit Antriebsrädern 9 des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Der Einfachheit halber ist nur ein Antriebsrad 9 dargestellt. Eine Leistungselektronik- Einheit 10 ist mit den beiden Elektromotoren 3 und 4 elektrisch verbunden. Ferner ist ein elektrischer Speicher 11 (wiederaufladbarer Akkumulator) vorgesehen, der elektrisch mit der Leistungselektronik-Einheit 10 in Verbindung steht.
Bei einem relativ niedrigen Leistungsbedarf aufgrund einer vorliegenden Fahrsituation des Fahrzeugs treibt der Dieselmotor 2 den Elektromotor 3 an, der als Generator arbeitet und über die Leistungselektronik-Einheit 10 den elektrischen Speicher 11 auflädt. Die Kupplung 6 befindet sich im geöffneten Zustand. In dieser Betriebssituation wird der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung (HCCI) betrieben. Der elektrische Speicher 11 betreibt über die Leistungselektronik-Einheit 10 den Elektromotor 4, dessen Drehmoment über das Getriebe 7 und über das Differenzial 8 den Antriebsrädern 9 zugeleitet wird.
Ist ein höherer Leistungsbedarf aufgrund der Fahrsituation gegeben, so wird der serielle Modus verlassen und es erfolgt ein Betrieb im parallelen Modus. Hier zu schließt die Kupplung 6, sodass eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen den beiden Elektromotoren 3 und 4 besteht. Demzufolge wirkt das Drehmoment des Dieselmotors 2 und mindestens ein Drehmoment eines der Elektromotoren 3 und/oder 4 zusammen auf das Getriebe 7 und von dort über das Differenzial 8 auf die Antriebsräder 9. Liegt aufgrund der Fahrsituation noch die Möglichkeit vor, den Dieselmotor 2 im Teillastbetrieb zu betreiben, so wird er vorzugsweise mit homogener Dieselverbrennung betrieben. Ist dies aufgrund einer hohen Leistungsanforderung nicht möglich, so wird in die konventionelle Dieselverbrennung übergegangen, bei der auch nach Zündung des Kraftstoff- Luftgemischs in den jeweiligen Brennraum des Dieselmotors weiterhin noch Dieselkraftstoff eingespritzt wird. Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens ist es möglich, bei sehr geringem Kraftstoffverbrauch sehr geringe Emissionen zu erzeugen. Insbesondere liegt eine extrem ruß- und stickoxidarme Verbrennung vor. Die erwähnte Kombination der beiden Brennverfahren im Diesel-Hybridantrieb gewährleistet demzufolge niedrigste Emissionen bei niedrigem Leistungsbedarf, wie etwa Stadt- oder Überlandverkehr, bei niedrigen Verbrauchswerten.
Im Zusammenhang mit der Erfindung wird nachstehend auf die Diagramme der Figuren 2 bis 6 eingegangen. In den Figuren 2 bis 4 und 6 ist auf der Ordinate die Motorlast aufgetragen, die mit BMEP (Break Mean Effective Pressure) bezeichnet ist. Auf der Abszisse ist die Geschwindigkeit v aufgetragen. Im Motorkennfeld des Dieselmotors 2 der Figur 2 liegt - ausgehend vom Nennleistungspunkt (Pe = 1)- der optimale leistungsbezogene Kraftstoffverbrauch bei ungefähr Pe = 0,4 vor. Eine weitere Leistungsreduktion ist möglich, wenn die Kraftstoffzufuhr und/oder die Verbrennungslustzufuhr reduziert werden. Die Reduzierung des Luftaufwandes kann durch Herabsetzung des Ladedrucks und/oder durch teilweises Schließen einer Drosselklappe im Ansaugrohr des Dieselmotors oder mit Hilfe eines variablen Ventiltriebs (WT) mindestens eines Ventils des Dieselmotors erfolgen. Mit Hilfe einer oder mehrerer dieser Maßnahmen kann der Betriebspunkt des Motors bei optimalem leistungsspezifischem Verbrauch um circa 50 % reduziert werden (siehe Figur 3).
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Leistungsentfaltung des Dieselmotors bei optimalem leistungsspezifischem Kraftstoffverbrauch ergibt sich durch eine Zylinderabschaltung gemäß Figur 4. Die Zylinderabschaltung ist bei direkt einspritzenden Dieselmotoren besonders einfach umzusetzen. So kann beispielsweise die Abschaltung von drei Zylindern eines Sechszylinderdieselmotors die Leistung um (nochmals) 50 % reduziert werden. Ein großer Vorteil der Zylinderabschaltung ist bei Verwendung der homogenen Dieselverbrennung (HCCI) ist der dabei konstant beibehaltende Zustand hinsichtlich der Ladungswechsel im Motor. Bei einem höheren Leistungsbedarf wird der Betriebspunkt des Motors lediglich durch Zuschaltung von vorher abgeschalteten Zylindern realisiert, wobei der Zustand des Ladungswechsels nicht verändert wird. Auf diese Art und Weise kann ein Dieselmotor mit beispielsweise 150 kW Nennleistung im optimalen leistungsspezifischen Kraftstoffverbrauch bei circa 15 kW betrieben werden.
Insgesamt kann ein solcher erfindungsgemäßer Diesel-Hybridantrieb bei niedrigem Leistungsbedarf hinsichtlich seiner Emissionen und seines Kraftstoffverbrauchs optimal betrieben werden. Bei hohem Leistungsbedarf sowie bei langen Konstantfahrten ist ein niedriger Kraftstoffverbrauch wegen des Dieselaggregats umsetzbar. Die Figur 4 zeigt ein Diagramm, das die Leistung P in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen a bis e zeigt. Im Betriebspunkt a liegt ein konventioneller Antrieb vor. Im Betriebspunkt b ein serieller und/oder paralleler Hybrid, wobei der Luftaufwand nicht reduziert ist. Im Betriebspunkt c liegt ein serieller Hybrid vor, bei dem keine Zylinder abgeschaltet sind, jedoch der Luftaufwand reduziert wurde. Im Betriebspunkt d liegt ein serieller Hybrid vor, mit Zylinderabschaltung und reduziertem Luftaufwand. Im Betriebspunkt d befindet sich der Hybridantrieb im ausgeschalteten Zustand.
Transferiert man die verschiedenen Betriebsmodi in ein Motorkennfeld gemäß Figur 6 mit Iso-Leistungslinien, so ergibt sich ein hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiertes Kennfeld. Mit f ist ein serieller Hybridfahrzeugmodus gekennzeichnet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, mit einem Dieselmotor und zwei Elektromotoren, wobei der Hybridantrieb wahlweise im seriellen oder im parallelen Modus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigem Leistungsbedarf ein Betrieb im seriellen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird, und dass bei höherem Leistungsbedarf ein Betrieb im parallelen Modus erfolgt, wobei der Dieselmotor mit konventioneller oder mit homogener Dieselverbrennung betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im seriellen Modus der Dieselmotor einen der Elektromotoren als Generator zum Laden eines elektrischen Speichers antreibt und der andere Elektromotor durch Energieentnahme aus dem elektrischen Speicher das Fahrzeug antreibt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im parallelen Modus der Dieselmotor und mindestens einer der Elektromotoren das Fahrzeug antreiben.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Leistungsreduzierung des Dieselmotors seine Kraftstoffzufuhr reduziert und/oder seine Verbrennungsluftzufuhr reduziert wird/werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reduzierung der Verbrennungsluftzufuhr ein Ladedruck herabgesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reduzierung der Verbrennungsluftzufuhr der Querschnitt in einem Ansaugrohr des Dieselmotors verringert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reduzierung der Verbrennungsluftzufuhr ein variabler Ventiltrieb mindestens eines Ventils des Dieselmotors verstellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Leistungsreduzierung des Dieselmotors eine Zylinderabschaltung erfolgt.
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