AT8055U1 - Verfahren zum betreiben eines hybrid-fahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Fahrzeuges mit einem Antriebsstrang, in welchem eine mit Diesel-Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine angeordnet sind. Um die Stickoxid- und Rußemissionen zu vermindern ist, vorgesehen, dass in zumindest einem Lastbereich des Fahrzeuges die Brennkraftmaschine mit einem alternativen Diesel-Brennverfahren betrieben wird und die elektrische Antriebsmaschine zugeschaltet wird.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Fahrzeuges mit einem Antriebsstrang, in welchem eine mit Diesel-Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine angeordnet sind, sowie ein Hybridfahrzeug zur Durchführung dieses Verfahrens. 5

Hybridfahrzeuge, welche eine Diesel-Brennkraftmaschine und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine aufweisen, sind bekannt etwa aus der JP 2003-065099 A, oder der EP 1 007 383 B1. Um einen möglichst emissionsarmen Betrieb des Verbrennungsmotors mit möglichst einfachen Mitteln zu gewährleisten, wird etwa in der EP 1 007 383 B1 vorgeschlagen, io dass von einer Hybridantriebssteuereinheit ein zeitlicher Mittelwert des während eines jeweiligen vorgebbaren Fahrzeitintervalls benötigten Antriebsmomentes ermittelt wird und der Verbrennungsmotor, sowie die Drehstrommaschine in ihrer Leistungsabgabe so gesteuert werden, dass der Verbrennungsmotor das dem ermittelten zeitlichen Mittelwert entsprechende Antriebsmoment und die Drehstrommaschine die Differenz zwischen dem aktuell benötigten 15 und dem vom Verbrennungsmotor gelieferten Antriebsmoment abgibt.

Strengere gesetzliche Rahmenbedingungen bewirken, dass bei der Konzeption von Brennverfahren immer wieder neue Wege eingeschlagen werden müssen, um bei Dieselbrennkraftmaschinen den Ausstoß an Rußpartikeln und an NOx-Emissionen zu verringern. 20

Es ist bekannt NOx- und Rußemissionen im Abgas zu verringern, indem durch Vorverlegen des Einspritzzeitpunktes der ZündVerzug vergrößert wird, so dass die Verbrennung durch Selbstzündung eines mageren Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt. Eine mögliche Variante wird hier als HCLI-Verfahren (Homogenous Charge Late Injection) bezeichnet. Wenn eine derartige Ge-25 mischverbrennung durchgeführt wird, erfolgt die Kraftstoffeinspritzung somit genügend weit vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase, wodurch ein weitgehend homogenes Kraftstoff-Luftgemisch entsteht. Durch Abgasrückführung kann erreicht werden, dass die Verbrennungstemperatur unterhalb der für NOx-Entstehung erforderlichen Mindesttemperatur bleibt. Da die Homogenisierung von Kraftstoff und Luft allerdings zeitabhängig ist, ist die Realisierung dieses 30 Verfahrens drehzahl- und lastabhängig eingeschränkt, da bei unzureichender Homogenisierung der Partikelausstoß zunimmt.

Die US 6,338,245 B1 beschreibt eine nach dem HCLI-Verfahren arbeitende Diesel-Brennkraftmaschine, bei der Verbrennungstemperatur und Zündverzug so eingestellt werden, 35 dass im unteren und mittleren Teillastbereich die Verbrennungstemperatur unter der NOx-Bildungstemperatur und das Luftverhältnis oberhalb des für die Rußbildung maßgeblichen Wertes liegt. Die Verbrennungstemperatur wird dabei durch Verändern der Abgasrückführrate, der Zündverzug durch den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gesteuert. Bei mittlerer und hoher Last wird die Verbrennungstemperatur so weit abgesenkt, dass sowohl NOx- als auch Rußbildung 40 vermieden wird. Nachteilig ist, dass insbesondere im mittleren Teillastbereich ein niedriges Luftverhältnis kombiniert mit niedrigen Verbrennungstemperaturen auftritt und daher ein schlechter Wirkungsgrad in Kauf genommen werden muss.

Die US 6,158,413 A beschreibt eine direkteinspritzende Diesel-Brennkraftmaschine, bei der die 45 Kraftstoffeinspritzung nicht vor dem oberen Totpunkt der Kompression angesetzt ist, und bei der die Sauerstoffkonzentration im Brennraum durch Abgasrückführung vermindert wird. Dieses Betriebsverfahren wird hier auch als HPLI-Verfahen (Highly Premixed Late Injection) bezeichnet. Wegen des - verglichen mit einer konventionellen Einspritzung vor dem oberen Totpunkt -nach dem oberen Totpunkt sinkenden Temperaturniveaus und der gegenüber konventioneller so Betriebsweise erhöhten Menge rückgeführten Abgases ist der Zündverzug länger als bei der sogenannten Diffusionsverbrennung. Das durch die Abgasrückführrate gesteuerte niedrige Temperaturniveau bewirkt, dass die Verbrennungstemperatur unter dem für die NOx-Bildung maßgeblichen Wert bleibt. Durch den durch den späteren Einspritzzeitpunkt bewirkten großen Zündverzug wird eine gute Gemischbildung erreicht, wodurch bei der Verbrennung des Gemi-55 sches der lokale Sauerstoffmangel deutlich reduziert wird, wodurch die Partikelentstehung 3 AT 008 055 U1 verringert wird. Die Spätverschiebung des Brennverlaufes bewirkt eine Absenkung der Maximaltemperatur, führt aber gleichzeitig zu einer Anhebung der mittleren Temperatur bei einem gegebenen späten Kurbelwinkel, was den Rußabbrand verstärkt. Die Verschiebung der Verbrennung in den Expansionstakt führt darüber hinaus im Zusammenwirken mit der hohen Abgas-5 rückführrate trotz der wegen des langen Zündverzugs größeren vorgemischten Kraftstoffmenge und folglich höheren maximalen Brennrate zu einer das zulässige Maß nicht übersteigenden Druckanstiegsrate im Zylinder. Nachteilig ist der schlechte Wirkungsgrad im unteren Teillastbereich. io Aus der österreichischen Gebrauchsmusteranmeldung GM 702/2002 ist es bekannt, eine Die-sel-Brennkraftmaschine in einem ersten, der niedrigen Teillast zugeordneten Betriebsbereich im HCLI-Modus und in einem zweiten, der mittleren Teillast zugeordneten Betriebsbereich im HPLI-Modus zu betreiben. Dadurch können insbesondere im unteren und mittleren Teillastbereich minimale Stickoxid- und Rußemissionen, sowie ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden. 15 Bei Volllast wird allerdings eine konventionelle Diesel-Verbrennung durchgeführt, obwohl höhere ΝΟχ- und Partikelemissionen als bei alternativen Verbrennungsverfahren auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Emissionen, sowie den Kraftstoffverbrauch bei einem Hybridfahrzeug zu senken. 20

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in zumindest einem Lastbereich des Fahrzeuges die Brennkraftmaschine mit einem alternativen Diesel-Brennverfahren betrieben wird und die elektrische Antriebsmaschine zugeschaltet wird. 25 Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine bei alternativer Verbrennung in zumindest einem Betriebsbereich in einem HCLI-Modus mit weitgehend homogener Gemischverbrennung und - im Vergleich zu anderen Verfahren mit homogener Verbrennung, beispielsweise dem HCCI-Verfahren (Homogenous Charge Compression Ignition) - später Kraftstoffeinspritzung betrieben wird, wobei die Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen etwa 50° bis 5° 30 Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase begonnen wird. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine bei alternativer Verbrennung in zumindest einem Betriebsbereich in einem HPLI-Modus mit Niedrigtemperatur-Gemischverbrennung und noch späterer Einspritzung als im HCLI-Modus betrieben wird, wobei die Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen 2° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt und etwa 20° Kurbelwin- 35 kel nach dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase begonnen wird. Im Vergleich zur konventionellen Dieselverbrennung findet die Einspritzung des Kraftstoffes relativ früh statt.

Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine im HCLI-Modus bei niedriger Teillast und im HPLI-Modus bei mittlerer Teillast betrieben. 40

Um die Emissionen und den Kraftstoffverbrauch in Lastbereich oberhalb des HCLI-Modus zu senken, ist es besonders vorteilhaft, wenn die elektrische Antriebsmaschine in zumindest einem Lastbereich, der über dem Lastbereich des HCLI-Modus und/oder über dem Lastbereich des HPLI-Modus liegt, zugeschaltet wird. Dadurch kann erreicht werden, dass in einem höheren 45 Teillastbereich die Brennkraftmaschine mit alternativer Verbrennung und somit minimalsten Kraftstoffverbrauch und Emissionen betrieben werden kann. Insbesondere ist es möglich, die ΝΟχ-Emissionen und die Partikelemissionen, beispielsweise im NEDC-Fahrzyklus (New European Drive Cycle), entscheidend zu reduzieren. so In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Antriebsmaschine in zumindest einem transienten Betriebsbereich zugeschaltet wird, wobei vorzugsweise die elektrische Antriebsmaschine wieder abgeschaltet wird, sobald die Brennkraftmaschine einen stationären Betriebspunkt innerhalb des Lastbereiches des HCLI-Modus oder des HPLI-Modus erreicht und/oder sobald die angeforderte Änderungsgeschwindigkeit der Brennkraftma- 55 schine ein zulässiges Maß unterschreitet. Somit kann im transienten Übergang von einem 4 AT 008 055 U1

Betriebsmodus zum anderen das Auftreten von Emissionsspitzen und/oder Geräuschspitzen vermieden werden. Aber auch in transientem Betrieb innerhalb eines Betriebsmodus (z.B. HCLI-Modus) wird durch Zuschalten der elektrischen Antriebsmaschine die angeforderte Änderungsgeschwindigkeit (z.B. Laständerung) für die Brennkraftmaschine reduziert, wodurch das 5 Auftreten von Emissions- und/oder Geräuschspitzen verringert bzw. vermieden werden kann.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Antriebsmaschine im oberen und/oder im Volllastbereich des Fahrzeuges zur mit alternativer Verbrennung betriebenen Brennkraftmaschine zugeschaltet wird. Dies ermöglicht es einerseits im Volllastbetrieb die Emissionen zu senken io und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Andererseits kann die Brennkraftmaschine kleiner dimensioniert werden, da die elektrische Antriebsmaschine eine Drehmomentreserve bereitstellt. Der effektive Mitteldruck der Brennkraftmaschine beträgt im HCLI-Modus zwischen 0 und 6 bar, vorzugsweise zwischen 0 und 5,5 bar. Im HPLI-Betriebsbereich beträgt der effektive Mitteldruck zwischen etwa 3,5 bis 8 bar, vorzugsweise zwischen 4 bis 7 bar. 15

In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Regeneration eines im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters mittels einer elektrischen Arbeitsmaschine, vorzugsweise mittels der generatorisch betriebenen elektrischen Antriebsmaschine die Last der Brennkraftmaschine kurzzeitig erhöht wird, so dass die Abgastemperatur in 20 dem für die Regernation erforderlichen Bereich liegt. Die mit der Arbeitsmaschine erzeugte Energie wird einem Energiespeicher zugeführt. Dabei kann zusätzlich zur Aufheizung des Partikelfilters dieser mit einer elektrischen Heizung versehen sein, welche aus dem elektrischen Speicher gespeist wird. 25 Zur Realisierung des Verfahrens eignet sich ein Hybridfahrzeug mit einem Antriebsstrang, in welchem eine mit Diesel-Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine mit alternativer Verbrennung betreibbar ist und dass zumindest in einem Lastbereich des Fahrzeuges der mit alternativer Verbrennung betriebenen Brennkraftmaschine eine elektrische Antriebsmaschine zuschalt-30 bar ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 schematisch einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges zur Ausübung des 35 erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein Kennfeld der Diesel-Brennkraftmaschine, Fig. 3 einen Mitteldruckverlauf während eines Fahrzyklus, Fig. 4 den Verlauf der ΝΟχ-Emissionen während eines Fahrzyklus, Fig. 5 den Mitteldruckverlauf während eines Beschleunigungsvorganges, Fig. 6 den NOx-Verlauf während eines Beschleunigungsvorganges und Fig. 7 schematisch einen Abgasstrang des Hybridfahrzeuges. 40

In Fig. 1 ist der Gesamtaufbau des Hybridantriebssystems 10 dargestellt. Die Hybrid-Antriebsquelle im Antriebsstrang 11 bildet eine gegenüber der Basismotorisierung verkleinerte Diesel-Brennkraftmaschine 12, welche über eine automatisiert betätigbare Kupplung 50 mit einem automatisierten Schaltgetriebe 14 mit beispielsweise sechs Gängen gekoppelt ist. Eine 45 elektrische Arbeitsmaschine 16 ist mittels schaltbarer Kupplungen 50a, 50b, beispielsweise schaltbarer Synchronkupplungen, mit dem automatisierten Schaltgetriebe 14 verbunden. Die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbare elektrische Antriebsmaschine 16 weist im Ausführungsbeispiel eine Dauerleistung von etwa 10 kW und eine Spitzenleistung von etwa 25 kW für 5 Sekunden auf und wird über eine Leistungselektronik 20 über 12 Volt Batteriespan-50 nung 22 und über einen Doppelschichtkondensator 24 mit 42 Volt angesteuert. Über ein nicht weiter ersichtliches Zwischengetriebe kann die elektrische Antriebsmaschine 16 einerseits mit der Antriebswelle 30 und andererseits mit der Abtriebswelle 32 des automatisierten Schaltgetriebes 14 gekoppelt werden. Die Abtriebswelle 32 führt zu den Antriebsrädern 34. 55 Fig. 2 zeigt ein Kennfeld der Diesel-Brennkraftmaschine 12, wobei der Mitteldruck BMEP über 5 AT 008 055 U1 der Drehzahl n aufgetragen ist. Im Diagramm sind verschiedene Betriebsbereiche eingezeichnet. In dem HCLI-Bereich (Homogenous Charge Late /njection) liegt der Beginn der Einspritzung - im Vergleich zu konventioneller Dieselverbrennung - relativ früh im Kompressionstakt, also etwa bei 50° bis 5° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt nach dem Kompressionstakt, 5 wodurch ein langer Zündverzug zur Ausbildung eines teilhomogenen Gemisches für eine vorgemischte Verbrennung zur Verfügung steht (Im Vergleich zu HCCI-Verfahren (Homogenous Charge Compression Ignition) wird die Einspritzung vergleichsweise spät durchgeführt.). Durch die ausgeprägte Vormischung und Verdünnung können extrem niedrige Ruß- und ΝΟχ-Emissionswerte erreicht werden. Das lokale Luftverhältnis liegt im HCLI-Bereich dabei deutlich io über der für die Rußentstehung maßgeblichen Grenze. Durch eine hohe Abgasrückführrate zwischen 50% bis 80% wird erreicht, dass die lokale Verbrennungstemperatur stets unter der minimalen Stickoxidbildungstemperatur bleibt. Die Einspritzung erfolgt bei einem Druck zwischen 400 und 1000 bar. Der lange Zündverzug bewirkt, dass die Verbrennungsphase in die wirkungsgradoptimale Lage um den oberen Totpunkt geschoben wird. Der Verbrennungs-15 Schwerpunkt liegt in einem Bereich zwischen -10° bis +10° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann. Die hohe Abgasrückführrate, welche für den HCLI-Modus erforderlich ist, kann entweder durch externe Abgasrückführung alleine oder durch Kombination externer mit interner Abgasrückführung durch variable Ventilsteuerung erzielt werden. Der HCLI-Bereich ist der niedrigen Teillast, bis etwa 4 bis 6 bar 20 zugeordnet.

Im mittleren Betriebsbereich, zwischen etwa 3,5 bis 8 bar Mitteldruck BMEP, wird die Brennkraftmaschine 12 nach dem HPLI-Verfahren (Highly Premixed Late /njection) betrieben. Dabei liegt der Hauptanteil der Einspritzphase nach dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase. Im 25 HPLI-Modus wird die Brennkraftmaschine 12 mit einer Abgasrückführrate zwischen 20% bis 40% betrieben, wobei der Beginn der Einspritzung in einem Bereich zwischen 2° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt bis 20° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt liegt. Durch die vollständige Trennung des Endes der Einspritzung und des Beginnes der Verbrennung wird eine teilweise Homogenisierung des Gemisches mit vorgemischter Verbrennung erreicht. Wegen 30 des verglichen mit der konventionellen Einspritzung vor dem oberen Totpunkt sinkenden Temperaturniveaus und der gegenüber konventioneller Betriebsweise erhöhten Menge rückgeführten Abgases ist der Zündverzug länger. Zur Verlängerung des Zündverzuges können auch andere Mittel, wie eine Absenkung des effektiven Kompressionsverhältnisses und/oder der Einlasstemperatur, sowie zur Verkürzung der Einspritzdauer eine Erhöhung des Einspritzdru-35 ckes und/oder eine Vergrößerung der Spritzlochquerschnitte der Einspritzdüse herangezogen werden. Die kurze Einspritzdauer ist erforderlich, damit das Einspritzende noch vor dem Verbrennungsbeginn liegt. In diesem Fall kann die Rußemission auf sehr niedrigem Niveau gehalten werden. Dies kann dadurch erklärt werden, dass dabei das gleichzeitige Auftreten von flüssigem Kraftstoff im Kraftstoffstrahl und der den Strahl konventioneller Weise umhüllenden 40 Flamme vermieden wird, wodurch auch die sonst zur Rußbildung führenden, unter Luftmangel ablaufenden Oxidationsreaktionen in Strahlnähe unterbunden werden. Die späte Lage des Einspritzzeitpunktes führt zusammen mit dem relativ langen Zündverzug zu einer Spätverlagerung des gesamten Verbrennungsablaufes, wodurch auch der Zylinderdruckverlauf nach spät verschoben und die Maximaltemperatur abgesenkt wird, was zu einer niedrigen NOx-Emission 45 führt.

Die Spätverschiebung des Brennverlaufes bewirkt eine Absenkung der Maximaltemperatur, führt aber gleichzeitig zu einer Anhebung der Temperatur bei einem gegebenen späteren Kurbelwinkel, was den Rußabbrand wiederum verstärkt. 50

Die Verschiebung der Verbrennung in den Expansionstakt führt darüber hinaus wieder im Zusammenwirken mit der hohen Abgasrückführrate trotz der wegen des langen Zündverzuges größeren vorgemischten Kraftstoffmenge und folglich höheren maximalen Brennrate zu einer das zulässige Maß nicht übersteigenden Druckanstiegsrate im Zylinder. Die hohe maximale 55 Brennrate, die zu einem hohen Gleichraumgrad führt, ist in der Lage den Wirkungsgradverlust 6 AT 008 055 U1 durch Spätverlagerung der Verbrennungsphase zum Teil auszugleichen. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades sollte der Verbrennungsschwerpunkt möglichst nahe am oberen Totpunkt der Kompressionsphase sein. 5 Der Vorteil des HPLI-Betriebsmodus ist, dass sehr geringe ΝΟχ- und Partikelemissionen entstehen, und dass eine hohe Abgastemperatur erreicht wird, welche für die Regeneration eines Partikelfilters von Vorteil ist. Die lokale Verbrennungstemperatur liegt dabei zu einem kleinen Teil über der unteren NOx-Bildungstemperatur. Das lokale Luftverhältnis liegt dabei großteils über der Rußbildungsgrenze. Im HPLI-Betriebsmodus wird zwar Ruß zu Beginn des Verbren-io nungsprozesses gebildet, durch die starken Turbulenzen zur Folge der Hochdruckeinspritzung und durch hohe Temperaturen gegen Ende des Verbrennungsprozesses ist der Ruß aber oxidiert, wodurch insgesamt sehr geringe Rußemissionen entstehen.

In dem mit C bezeichneten Betriebsbereich wird die Brennkraftmaschine konventionell mit 15 Abgasrückführraten zwischen 0% bis 30% betrieben, wobei Mehrfacheinspritzungen möglich sind. Dadurch kann eine vorgemischte und eine Diffussionverbrennung durchgeführt werden. Für die Abgasrückführung kann auch eine Kombination aus externer und interner Abgasrückführung verwendet werden. Der konventionelle Betriebsbereich C reicht vom HPLI-Betriebsbereich bis zur Volllastlinie V. Im Vergleich zur HPLI-Verbrennung entstehen bei kon-20 ventioneller Verbrennung wesentlich höhere ΝΟχ-Emissionen, aber auch höhere Rußemissionen. Vom Standpunkt der Umweltbelastung wäre es daher wünschenswert, auch im oberen Teillastbereich die Brennkraftmaschine mit HPLI-Verbrennung zu betreiben.

Wird beispielsweise eine 1,8 Liter Diesel-Brennkraftmaschine in einem Mittelklassefahrzeug 25 (Testgewicht 1350kg) im NEDC-Fahrzyklus betrieben, so werden die Grenzen der alternativen Verbrennung HCLI, HPLI überschritten, wie durch die Punkte DC in Fig. 2 angedeutet ist. Dies führt zu einer signifikanten Erhöhung der Emissionen.

In Fig. 3 und in Fig. 4 ist der entsprechende Zeitverlauf für Mitteldruck BMEP und für NOx-30 Emissionen durch die voll ausgezogenen Linien für einen NEDC-Fahrzyklus mit transienten Betrieb einer Diesel-Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Man sieht, dass beim dynamischen Verlassen des Bereiches der alternativen Verbrennung die Emissionen stark anstei-gen. Dies führt zu einer Erhöhung der durchschnittlichen und der totalen Emissionen. 35 Dies kann vermieden werden, wenn die elektrische Antriebsmaschine 16 zur Unterstützung der Diesel-Brennkraftmaschine 12 für kurze dynamische Phasen herangezogen wird. Die Brennkraftmaschine 12 wird dabei im Bereich der alternativen Verbrennung, also beispielsweise im HPLI-Modus, gehalten. Der spezifische Verbrauch der Brennkraftmaschine 12 ist dadurch - im Vergleich zur konventionellen Verbrennung - zwar etwas höher, in der Gesamtbilanz ergibt sich 40 durch diese Strategie allerdings eine Senkung der NOx-Emissionen in der Höhe von etwa 20% und, solange nur die rekuperierte Energie zur Antriebsunterstützung genutzt wird, auch eine Senkung des Verbrauches von etwa 14%. In Fig. 3 und Fig. 4 ist der Betrieb der Brennkraftmaschine 12 mit Unterstützung der elektrischen Antriebsmaschine 16 durch punktierte Linien BMEP’ und NOx’ dargestellt. Fig. 3 zeigt darüber hinaus den Leistungsbedarf Pe der elektri-45 sehen Antriebsmaschine. Deutlich ist zu erkennen, dass bei elektromotorischer Unterstützung bei transienten Übergängen zwischen jeweils zwei verschiedenen Betriebsbereichen ΝΟχ-Spitzen vermieden werden können.

Wird, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, die Lasterhöhung durch den Fahrer längerfristig ge-50 fordert, wird das Moment der elektrischen Antriebsmaschine 16 nach einer bestimmten Zeit zurückgenommen und somit ein sanfter Übergang zwischen dem Bereich der alternativen Verbrennung HCLI, HPLI und der konventionellen Verbrennung C erreicht. Auch dadurch lassen sich die Emissionen und/oder das Verbrennungsgeräusch deutlich reduzieren, da ein regelungsbedingtes Überschwingen der NOx-Emissionen beim dynamischen Übergang zwischen 55 den verschiedenen Verbrennungsbereichen vermieden wird. Die voll ausgezogenen Linien

Claims (14)

1. 7 AT 008 055 U1 ΒΜΕΡ, ΝΟχ in Fig. 5 und 6 zeigen wieder den Betrieb ohne elektromotorischer Unterstützung, die punktierten Linien BMEP", NOx" den Betrieb der Diesel-Brennkraftmaschine mit elektromotorischer Unterstützung. 5 Fig. 7 zeigt schematisch den Antriebsstrang des Fahrzeuges mit der Diesel-Brennkraftmaschine 12 und der elektrischen Antriebsmaschine 16. Im Abgasstrang 3 der Brennkraftmaschine 12 befindet sich ein Partikelfilter 17 stromabwärts eines Abgasturboladers 4. Wird beispielsweise über ein Differenzdruckmessgerät 8 und einen Temperaturfühler 9 eine erhöhte Partikelbeladung des Partikelfilters 17 festgestellt, so wird die Partikelfilterregeneration eingeleitet. Um die io Abgastemperaturen zu erhöhen, wird durch die elektrische Antriebsmaschine 16 eine zusätzliche Last auf die Brennkraftmaschine 12 aufgebracht, wobei die elektrische Antriebsmaschine 16 generatorisch betrieben wird. Somit kann die eingesetzte Energie zum Teil wieder zurückgewonnen werden. Dabei werden die Energiespeicher 5, 6 des Fahrzeuges vor der Regeneration so weit als zulässig entleert, um die Brennkraftmaschine 12 während der Regeneration mit 15 maximalem Widerstandsmoment zu belasten und die Energiespeicher 5, 6 wieder zu füllen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die gewonnene elektrische Energie zum Heizen des Partikelfilters 17 mittels einer Widerstandsheizung 7 eingesetzt werden. Die Regeneration wird durch die elektronische Steuereinheit ECU über das fahrzeuginterne Steuernetzwerk CAN gesteuert und überwacht. 20 Die Erfindung ist auf kein bestimmtes Hybrid-Antriebssystem beschränkt und kann mit Vorteil sowohl bei Serien- als auch bei Parallelhybridantrieben, sowohl im Zusammenhang mit manuellen, als auch automatischen oder halbautomatischen Getrieben eingesetzt werden. 25 Ansprüche: 1. Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Fahrzeuges mit einem Antriebsstrang, in welchem eine mit Diesel-Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine und zumindest eine elektrische 30 Antriebsmaschine angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebsbereich des Fahrzeuges die Brennkraftmaschine mit einem alternativen Diesel-Brennverfahren betrieben wird und die elektrische Antriebsmaschine zugeschaltet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei 35 alternativer Verbrennung in zumindest einem Betriebsbereich in einem HCLI-Modus mit weitgehend homogener Gemischverbrennung und später Kraftstoffeinspritzung betrieben wird, wobei die Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen etwa 50° bis 5° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase begonnen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei alternativer Verbrennung in zumindest einem Betriebsbereich in einem HPLI-Modus mit Niedrigtemperatur-Gemischverbrennung und noch späterer Einspritzung als im HCLI-Modus betrieben wird, wobei die Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen 2° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt und etwa 20° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt 45 der Kompressionsphase begonnen wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der HCLI-Modus der niedrigen Teillast zugeordnet ist. so 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der HPLI-Modus der mittleren Teillast zugeordnet ist.
5. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine in zumindest einem Lastbereich, der über dem Lastbereich des HCLI-Modus und/oder über dem Lastbereich des HPLI-Modus liegt, zugeschaltet wird. 55 8 AT 008 055 U1
6. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine in zumindest einem transienten Betriebsbereich zugeschaltet wird.
7. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsma- 5 schine wieder abgeschaltet wird, sobald die Brennkraftmaschine einen stationären Be triebspunkt innerhalb des Lastbereiches des HCLI-Modus oder des HPLI-Modus erreicht und/oder sobald die angeforderte Änderungsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine ein zulässiges Ausmaß unterschreitet. io 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine im oberen und/oder im Volllastbereich des Fahrzeuges zur mit alternativer Verbrennung betriebenen Brennkraftmaschine zugeschaltet wird.
8. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive 15 Mitteldruck im HCLI-Modus zwischen 0 und 6 bar, vorzugsweise zwischen 0 und 5,5 bar, beträgt.
9. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Mitteldruck im HPLI-Modus zwischen etwa 3,5 bis 8 bar, vorzugsweise zwischen 4 bis 20 7 bar beträgt.
10. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regeneration zumindest eines im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters die Last der Brennkraftmaschine mittels einer vorzugsweise elektrischen Arbeitsma- 25 schine, besonders vorzugsweise mittels der generatorisch betriebenen elektrischen Antriebsmaschine kurzzeitig erhöht wird.
11. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Arbeitsmaschine erzeugte Energie einem Energiespeicher zugeführt wird. 30
12. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit der mit der Arbeitsmaschine erzeugten Energie des Partikelfilters aufgeheizt wird.
13. 15. Hybridfahrzeug mit einem Antriebsstrang (11), in welchem eine mit Diesel-Kraftstoff 35 betreibbare Brennkraftmaschine (12) und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine (16) angeordnet ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (12) mit alternativer Verbrennung betreibbar ist und dass zumindest in einem Lastbereich des Fahrzeuges der mit alternativer Verbrennung betriebenen Brennkraftmaschine (12) die elektrische Antriebsmaschine 40 (16) zuschaltbar ist.
14. 16. Hybridfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang der Brennkraftmaschine (12) zumindest ein Partikelfilter (17) angeordnet ist und dass während der Regeneration des Partikelfilters (17) die Last der Brennkraftmaschine (12) mittels einer 45 vorzugsweise elektrischen Arbeitsmaschine, besonders vorzugsweise mittels der generatorisch betriebenen Antriebsmaschine (16), kurzzeitig erhöht werden kann. Hliesu 3 Blatt Zeichnungen 50 55