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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs mit einer Brennkraftmaschine und einem Motor-Generator und einem elektrischen Energiespeicher. Die Erfindung betrifft auch eine geeignete Steuereinrichtung und einen Hybridantrieb.
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Eine Verfahren und ein Hybridantrieb der eingangs genannten Art hat sich insbesondere für ein Schienenfahrzeug bewährt. Üblicherweise ist ein Hybridantrieb nach einem Antriebsprofil betreibbar, das gegebenenfalls auf einen Streckenabschnitt eines Fahrprofils abgestimmt ist. Insbesondere offenbart
DE 10 2008 038 753 A1 ein Verfahren, das es ermöglicht vor Fahrtantritt eine streckenabschnittsbezogene Antriebsart eines Schienenfahrzeugs mittels eines elektronischen Streckenfahrplans prädiktiv festzulegen.
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Üblicherweise weist eine Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit des Hybridantriebs, d. h. eine Einheit aus Brennkraftmaschine und Motor-Generator, eine geeignete Kopplung von Brennkraftmaschine einerseits und Motor-Generator andererseits auf; dies kann beispielsweise eine in
DE 10 2004 015 973 B3 dargestellte Kupplung oder auch ein Getriebe sein. In DE 10 2004 015 973 B3 wird ein Steuerungs- und Regelungsverfahren vorgeschlagen, welches bei einer Generatoranlage mit Lastabgleichregelung vorsieht, dass eine Drehzahlbegrenzungskurve in Abhängigkeit einer Solldrehzahlvorgabe veränderbar ist.
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Eine steuerbare Kopplung von Motor-Generator einerseits und Brennkraftmaschine andererseits, etwa eine trennbare Kopplung mittels einer Kupplung oder eine einstellbare Kopplung mittels einem Getriebe, hat sich bewährt, da diese für ein Antriebsprofil ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine getrennt oder teilweise getrennt werden kann oder entlastet werden kann. Anders ausgedrückt, erweist sich die Abkopplung einer Brennkraftmaschine von einem Motor-Generator für ein Antriebsprofil ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine als vorteilhaft, da Kompressionsverluste, die durch Kompression der Ladeluft in der Brennkraftmaschine entstehen, vermieden werden. Problematisch bei dieser grundsätzlich vorteilhaften Lösung ist jedoch, dass im Rahmen eines Hybridantriebs der technische und kostenmäßige Aufwand für eine Kupplung oder ein Getriebe erheblich ist. Insbesondere benötigt eine entsprechende Kopplung von Motor-Generator und Brennkraftmaschine einen entsprechenden Bauraum im Triebkopf. Wünschenswert ist es, derartige Nachteile zu vermeiden.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels der der Hybridantrieb nach einem Antriebsprofil ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine betreibbar ist und wobei dennoch der Aufwand für eine Kopplung vom Motor-Generator und Brennkraftmaschine gering gehalten ist, insbesondere ohne dass sich Kompressionsverluste oder dergleichen Einflüsse der Brennkraftmaschine negativ auf das Antriebsprofil auswirken können. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung vergleichsweise einfach ausgebildet sein.
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Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe betreffend die Vorrichtung wird durch eine Steuereinrichtung des Anspruchs 11 gelöst. Die Erfindung führt auch auf einen Hybridantrieb des Anspruchs 12.
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Erfindungsgemäß sieht das Konzept der Erfindung vor, dass für ein Antriebsprofil ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine die Brennkraftmaschine in einem Schleppbetrieb am Motor-Generator betrieben wird. Dies macht zu öffnende Kopplungsmechanismen zwischen Motor-Generator und Brennkraftmaschine entbehrlich. Die Erfindung geht weiter von der Überlegung aus, dass im Schleppbetrieb gleichwohl unwägbare oder gar nachteilige Auswirkungen der Brennkraftmaschine auf den Motor-Generator möglichst zu unterbinden sind. Die Erfindung hat erkannt, dass im Schleppbetrieb infolge einer üblicherweise erfolgenden Kompression von Ladeluft eine undefinierte und variable Kompressionsfederlast auf den Motor-Generator rückkoppeln kann. Die Erfindung hat auch erkannt, dass sich die Kompressionsfederlast dadurch verringern lässt, dass im Schleppbetrieb eine Ladeluft drucklos von einer Luftseite auf eine Abgasseite der Brennkraftmaschine geführt wird. Anders ausgedrückt wird im Schleppbetrieb der Ladeluft kein Gegendruck oder ein nur zu vernachlässigender Gegendruck entgegengebracht, so dass eine Kompressionsfederwirkung erst gar nicht entsteht. Selbst bei Schleppbetrieb einer Brennkraftmaschine für ein Antriebsprofil ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine sind somit nachteilige Auswirkungen der Brennkraftmaschine auf den Motor-Generator vermieden. Darüber hinaus sind auch Kompressionsverluste der Brennkraftmaschine beim Betrieb eines Motor-Generators ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine vermieden. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Brennkraftmaschine mit und ohne Traktionsbeitrag zu betreiben -also ständig laufen bzw. mitlaufen zu lassen. Dies vermeidet Anfahr- und Trägheitswiderstände und sorgt für eine ständige Lagerschmierung der Brennkraftmaschine.
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Unter einem Antriebsprofil des Hybridantriebs ist ein Betriebsmodus zu verstehen, der eine Traktion erzeugt oder aber bei welcher das vom Hybridantrieb betriebene Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, in Bewegung ist; insbesondere ist damit ein Startmodus der Brennkraftmaschine ausgeschlossen, da dieser gemäß dem vorliegenden Konzept keine Antriebsart im Sinne eines Antriebsprofils darstellt.
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Unter einem Antriebsprofil ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine ist insbesondere ein elektrisches Fahren oder Rekuperieren am Lastpunkt umfasst. Ein elektrisches Fahren kommt beispielsweise in Betracht für ein Langsamfahren oder Stehen beispielsweise eines Schienenfahrzeugs. In Ausnahmefällen kommt elektrisches Fahren auch für einen Beharrungszustand eines Schienenfahrzeugs in Frage. Unter Rekuperieren am Lastpunkt ist insbesondere ein Antriebsprofil zu verstehen, bei dem etwa aus einem Bremsbetrieb oder dergleichen ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine ein Generatorbetrieb des Motor-Generators erfolgt. Die dabei entstehende elektrische Energie kann je nach Systemvoraussetzung in einem Energiespeicher gespeichert werden. Abhängig von einem solchen Antriebsprofil hat der Energiespeicher den Modus Ruhezustand, Laden oder Entladen.
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Andere Antriebsprofile des Hybridantriebs sind beispielsweise das Boosten wie es für einen Beschleunigungsbetrieb in Frage kommt, d. h. ein Beschleunigen unter Nutzung der Antriebskraft der Brennkraftmaschine und des Elektromotors, der aus einem Energiespeicher betrieben werden kann. Für einen Beharrungszustand, d. h. Fahren, kommt insbesondere der Betrieb der Brennkraftmaschine unter Erzeugung eines Traktionsbeitrags in Frage.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Bevorzugt wird im Schleppbetrieb die Ladeluft drucklos über ein schaltbares Ventil von einer Luftseite auf eine Abgasseite der Brennkraftmaschine geführt. Das schaltbare Ventil kann vorteilhaft an eine Motorsteuerung angebunden sein, die in der Lage ist, im Falle eines Umschaltvorgangs von einem Antriebsprofil mit Traktionsbeitrag (MT) der Brennkraftmaschine auf ein Antriebsprofil ohne Traktionsbeitrag (OT) der Brennkraftmaschine umzuschalten, d. h. das schaltbare Ventil zwischen Abgasseite und Luftseite der Brennkraftmaschine zu öffnen. Das schaltbare Ventil ist vorteilhaft im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet. Dies ist besonders bauraumsparend und beeinflusst die Führung der Ladeluft nur unwesentlich. Grundsätzlich ist es darüber hinaus auch möglich, das schaltbare Ventil im Aufladesystem der Brennkraftmaschine, insbesondere separat vom Motorblock oder Zylinderkopf anzuordnen.
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Insbesondere für den Fall, dass eine beim Bremsen entstehende elektrische Energie – d. h. im Antriebsprofil Rekuperieren – nicht in einem Energiespeicher gespeichert werden kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass eine alternative Abführung von elektrischer Energie durch Umwandlung in Wärme erfolgt. Bevorzugt geht eine Wärmeabgabe in eine Abgasleitung. Im Rahmen der Weiterbildung ist insbesondere vorgesehen, dass die Umwandlung der elektrischen Energie in einem Heizwiderstand erfolgt, der in der Abgasleitung vor einer Abgasnachbehandlung angeordnet ist. Eine Abgasnachbehandlung kann beispielsweise ein Katalysator oder dergleichen umfassen. Dies hat den Vorteil, dass zum Einen die überschüssige elektrische Energie abgeführt und zum Anderen synergetisch bei einer Brennkraftmaschine, nämlich einer vorteilhaften Nutzung im Abgasnachbehandlungssystem, zugeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
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1: als Blockschaltbild eine Steuereinrichtung unter Anbindung an einen Hybridantrieb mit einem Abgasnachbehandlungssystem bei einem Schienenfahrzeug, gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2: ein Systemschaubild eines Gesamtsystems einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit mit einem Commonrail-Einspritzsystem;
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3: ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung;
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4: einen Zylinder der Brennkraftmaschine wie diese auch in 1 und 2 dargestellt ist, wobei schematisch drei Varianten skizziert sind, um ein schaltbares Ventil zu integrieren, das dazu ausgebildet ist, im Schleppbetrieb Ladeluft drucklos von einer Luftseite auf eine Abgasseite der Brennkraftmaschine zu führen.
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1 zeigt die Steuereinrichtung 100 eines Hybridantriebs 200 für ein Schienenfahrzeug 1000. Der Hybridantrieb 200 umfasst eine Brennkraftmaschine 210, einen Elektromotor 220, ein Getriebe, elektrischer Umrichter und einen elektrischen Energiespeicher 20, beispielsweise ein Lithium-Ionenspeicher (Super-Caps). An einem gemeinsamen elektronischen Datenbus 1, beispielsweise einem CAN-Bussystem oder Ethernet, sind ein Zugsteuergerät 2 (ZSG), ein Motorsteuergerät 3 (ECU), ein Getriebesteuergerät 4 (GS), ein Batteriemanagement-Steuergerät 5 (BMS), ein Umrichter-Steuergerät 6 (VCU) und exemplarisch ein Steuergerät 7 zur Festlegung des Abgases (SCR) angeschlossen. Die am Datenbus 1 angeschlossenen Steuergeräte 2 bis 7 sind sowohl Empfänger als auch Sender. Ebenfalls am Datenbus 1 angeschlossen ist eine Einheit 8 zum Empfang des Bahnrichtfunks und der Daten des GPS. Über den Bahnrichtfunk wird der elektronische Streckenfahrplan mit hinterlegter elektronischer Streckenkarte auf den Datenbus gesetzt. Die Daten des GPS umfassen die Ist-Position und die aktuelle Höhe.
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Das Motorsteuergerät 3 (ECU) ist zur Steuerung eines Hybridantriebs 200 ausgelegt. Der Hybridantrieb 200 weist eine Brennkraftmaschine 210 in Form eines Dieselmotors und eines Motors/Generators 220 mit einem elektrischen Motor M auf, der auch als Generator G – d. h. zum Beispiel bei einem Bremsvorgang zur Lieferung von elektrischer Energie E – betrieben werden kann; diese Einheit wird auch als Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 201 bezeichnet. Die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 201 ist vorliegend mit starrer Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine 210 und dem Motor/Generator 220 ausgeführt. Auf einer Motorwelle vom Motor/Generator 220 sitzt im Triebwagen des Schienenfahrzeugs 1000 ein automatisches Getriebe 230, das das Drehmoment über ein Achswendegetriebe 240 auf die Achswelle 250 und die daran angebundenen Räder 260 des Triebkopfs weitergibt.
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Die Kombination aus Brennkraftmaschine 210, (Elektro)-Motor/Generator (auch Stator-Generator genannt) 220 und Energiespeicher 20 – hier ein Kondensator, der jedoch auch für eine Batterie (Traktionsbatterie) stehen kann oder in Kombination mit einer Batterie bereitstehen kann – wird auch als Powerpack bezeichnet; dazu gehören die zwischengeschalteten Umrichter, die als Stromrichter in Form von Wechsel- oder Gleichrichtern gebildet sind.
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Vorliegend wird die als Wechselstrom zur Verfügung stehende elektrische Energie des Motor/Generators 220 über einen als AC/DC-Wechselrichter ausgelegten Stromrichter 270 auf den Energiespeicher 20 – Kondensator, Batterie oder Kombination davon – geführt. Der zwischen Energiespeicher 20 und Stromrichter 270 angeordnete Schalter 30 kann auch in eine Stellung gebracht werden, die den Motor/Generator von dem Energiespeicher 20 trennt und stattdessen die als Gleichstrom zur Verfügung stehende elektrische Energie zur Umwandlung in Wärme einer Wärmeabgabe 40 zuführt. Vorliegend ist die Wärmeabgabe 40 in einem Abgassystem 300 der Brennkraftmaschine 210 untergebracht. Abgas AG wird aus dem Motorraum über den Motorkrümmer 202 in eine Abgasleitung 301 eingebracht. Die Abgasleitung 301 hat vorliegend ein Abgasnachbehandlungssystem 310 in Form einen selektiven Katalysators. Dem selektiven Katalysator vorgeordnet ist ein über einen Gleichstromrichter 341 betreibbarer Heizwiderstand 342 mittels dem die Wärmeabgabe 40 realisiert ist; d. h. die Wärmeabgabe 40 ist als ein Abgasheizsystem 340 ausgeführt.
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Das Motorsteuergerät 3 hat Zugriff auf den Gleichstromrichter 341, auf den als Wechselrichter ausgebildeten Stromrichter 270 und auf den Schalter 30. Außerdem hat das Motorsteuergerät 3 über Soll-Batteriesystemgrößen BS(SL) – die über den Datenbus 1 und das Batterie-Management-Steuergerät 5 dem Energiespeicher 20 zuführbar sind – Zugriff auf den Energiespeicher 20. Entsprechende Steuerleitungen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 sind als Steuerverbindung zwischen der Steuereinrichtung 100 und dem Hybridantrieb 200 in 1 eingezeichnet. Darüber hinaus verbindet eine weitere Steuerleitung 3.5 als Steuerverbindung das Steuergerät 7 (SCR) zur Festlegung des Abgases der Steuereinrichtung 100 mit dem selektiven katalytischen Reaktor SCR des Abgasnachbehandlungssystems 310.
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Die 2 zeigt ein Systemschaubild des Gesamtsystems einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 201 bestehend aus der Brennkraftmaschine 210 und dem Motor/Generator 220. Die Brennkraftmaschine 210 treibt über eine Welle und – hier eine starre Kupplung 203 – den Motor/Generator 220 an. Die Kupplung 203 ist vorliegend jedenfalls starr ausgeführt, insbesondere kann diese gemäß dem Konzept der Erfindung entfallen. Insbesondere ist kein Getriebe zwischen der Brennkraftmaschine 210 und dem Motor/Generator 220 erforderlich.
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Die Brennkraftmaschine 210 ist für einen Betreib des Dieselmotors wie folgt ausgeführt. Die dargestellte Brennkraftmaschine 210 verfügt über eine Turboaufladung 204 und über ein Common-Rail-Einspritzsystem. Dieses umfasst folgende Komponenten: Pumpen 207 mit Saugdrossel zur Förderung des Kraftstoffs aus einem Kraftstofftank 206, ein Rail 208 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 211 zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Rail 208 in die Brennräume der Brennkraftmaschine 210. Die Brennkraftmaschine 210 wird durch das elektronische Motorsteuergerät 3 (ADEC oder ECU) gesteuert und geregelt. Das oben bereits teilweise beschriebene elektronische Motorsteuergerät 3 beinhaltet weiter die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 210 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert.
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Über diese berechnet das elektronische Motorsteuergerät 3 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In 2 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: ein Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 209 gemessen wird, ein Drehzahl-Signal nM der Brennkraftmaschine 210, ein Signal START zur Aktivierung der Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 201, eine Soll-Drehzahlvorgabe nM(SL) zur Sollwert-Vorgabe durch den Betreiber und eine Eingangsgröße E. Unter der Eingangsgröße E sind beispielsweise der Ladeluftdruck eines Turboladers und die Temperaturen der Kühl-/Schmiermittel und des Kraftstoffs subsumiert.
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In 2 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 3 ein Signal ADV zur Steuerung der Pumpen 207 mit Saugdrossel und eine Ausgangsgröße A dargestellt. Die Ausgangsgröße A steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 210, beispielsweise den Spritzbeginn SB und eine zweite Soll-Einspritzmenge qV2(SL).
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Ein Betrieb des Hybridantriebs 200 ist aufgrund der starren Kupplung 203 ohne eine mitlaufende Brennkraftmaschine 210 nicht möglich. D. h. entweder läuft der Dieselmotor und treibt den Hybridantrieb 200 an, d. h. die Brennkraftmaschine ist im Antriebsbetrieb unter Erzeugung eines Traktionsbeitrags (MT); also unter Betrieb des Common-Rail-Systems mit Kraftstoffeinspritzung- oder der Motor/Generator 220 wird für das Antriebsprofil "elektrisches Fahren" 603 oder "Rekuperieren" 604 betrieben; in dem Fall wird der Dieselmotor mitgeschleppt, d. h. die Brennkraftmaschine 210 ist im Schleppbetrieb ohne Betrieb des Common-Rail-Systems, also ohne Kraftstoffeinspritzung.
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Dazu zeigt 3 ein Ablaufdiagramm für eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung.
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Im laufenden Betrieb wird an einem Startpunkt S des Verfahrens ein bestimmter Fahrbetriebsmoduls vorliegen, der auf einen bestimmten Streckenabschnitt eines Fahrprofils für ein Schienenfahrzeug 1000 passt. Ein Fahrbetriebsmodus 500 kann beispielsweise ein Modus sein, welcher einen Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine 210 erforderlich macht. Dies trifft zu für den Fahrbetriebsmodus "Beschleunigen" 501 und "Fahren" 502. Diese bilden die Gruppe MT (mit Traktionsbeitrag) bei denen ein Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine 210 erforderlich ist. Beispielsweise wird beim Beschleunigen 501 ein Antriebsprofil 600 für den Hybridantrieb 200 gewählt, das mit "Boosten" 601 bezeichnet ist. In dem Fall wird eine möglichst hohe Traktion dadurch erzeugt, dass die Brennkraftmaschine 210 als auch der Energiespeicher 20 über den Elektromotor M eine Antriebswelle antreiben. Im Fahrbetriebsmodus „Fahren“ 502 ist regelmäßig lediglich ein Beharrungszustand aufrecht zu halten, was beispielsweise mit 50 % der Antriebsenergie der Brennkraftmaschine 210 gewährleistet werden kann. Dazu ist ein Antriebsprofil 600, BKM-Fahrt 602 vorgesehen. Die Antriebsprofile 601, 602 sind somit auch der Gruppe MT (mit Traktionsbeitrag) zuzuordnen.
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Ist jedoch ein Fahrbetriebsmodus 500 wie „Langsam-Fahrt“ oder „Stehen“ 503 für einen Streckenabschnitt angemessen, kann dies mit einem Antriebsprofil 600 "elektrisch Fahren" 603 bewerkstelligt werden; d. h. der Traktionsbeitrag kommt allein vom Elektromotor M, ohne dass ein Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine 210 erforderlich ist (Gruppe OT ohne Traktionsbeitrag). Im Fahrbetriebsmodus „Bremsen“ 504 ist ebenfalls kein Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine erforderlich. Vielmehr wird die aus der Bremsleistung über den Generator G generierte elektrische Energie in einem Antriebsprofil 600 zum Rekuperieren 604, beispielsweise des Energiespeichers, genutzt. Sollte dies nicht möglich sein, kann die anstehende elektrische Energie auch durch eine oben beschriebene Wärmeabgabe an die Umgebung oder in eine Abgasleitung 301 abgeführt werden. Die Fahrbetriebsmodi 503, 504 bzw. die Antriebsprofile 603, 604 sind somit der Gruppe OT (ohne Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine) zuzuordnen.
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3 zeigt, den Wechsel eines Fahrbetriebsmodus 501, 502 der Gruppe MT auf einen Fahrbetriebsmodus 503, 504 der Gruppe OT im Umschaltschritt SI – Umschaltschritt SI in durchgezogener Linie. Dies macht auch eine Änderung des Antriebsprofils 600 von einem Antriebsprofil 601, 602 auf ein Antriebsprofil 603, 604 des Hybridantriebs 200 erforderlich – Umschaltschritt SI in durchgezogener Linie.
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Für diesen Umschaltschritt SI ist – wie im unteren Teil der 3 dargestellt – eine Drucklosführung 701 der Ladeluft LL über die Brennkraftmaschine 210 vorgesehen. Dagegen ist für den umgekehrten Fall einer Änderung des Antriebsprofils 600 des Hybridantriebs 200 von einer Gruppe OT auf eine Gruppe MT – Umschaltschritt SII in gestrichelter Linie – eine Druckführung 702 der Ladeluft LL von einer Luftseite LS auf eine Abgasseite AS der Brennkraftmaschine; d. h. eine Verdichtung der Ladeluft LL unter Brennstoffinjektion in den Brennraum der Brennkraftmaschine 210 unter Erzeugung einer Traktion vorgesehen.
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Der Verfahrensablauf endet am ENDE E und kann von START S aus wieder durchlaufen werden. Im Ergebnis führt dies dazu, dass im Rahmen eines Umschaltschrittes SI, SII zwischen den Gruppen MT, OT zwischen einer Druckführung 702 der Ladeluft und einer Drucklosführung 701 der Ladeluft umgeschaltet wird.
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4 zeigt in einer beispielhaften Ausführungsform drei Varianten einer Realisierung des in 3 beschriebenen Verfahrens. 4 zeigt dazu an einer Brennkraftmaschine 210 einen von mehreren Zylinderköpfen 210.1, 210.2, 210.3, 210.4 im Schnitt. Der in 4 als 210.i bezeichnete Zylinder ist in einer an sich üblichen Weise in einem Block 212 der Brennkraftmaschine 210 eingelassen, wobei ein Kolben 214 in einer Zylinderhülse 213 hin und her bewegbar ist. Der mit dem Kolben 214 veränderbare Brennraum 215 ist über ein Einlassventil 216 mit einer Ladeluft LL befüllbar, die nach Injektion von Brennstoff und Verbrennung als Abgas AG über ein Auslassventil 217 wieder entweichen kann. Am Zylinderkopf 218 angeschlossen ist ein Einlasskrümmer 218.1 und ein Auslasskrümmer 218.2. Diese stellen eine Ladeluftführung 219.1 und eine Abgasführung 219.2 zur Verfügung.
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Für ein Antriebsprofil 600 – nämlich vorliegend elektrisches Fahren 603 und/oder Rekuperieren 604 – ist kein Traktionsbeitrag der Brennkraftmaschine 210 vorgesehen. Dazu wird die Brennkraftmaschine im Schleppbetrieb betrieben und die Ladeluft LL kann drucklos von der Ladeluftzuführung 219.1 zur Abgasführung 219.2 gelangen; dies über eine zusätzliche Ladeluftführung gemäß einer der Varianten einer zusätzlichen Ladeluftführung 219.I, 219.II oder 219.III, die in 4 dargestellt sind. Eine zusätzliche Ladeluftführung 219.I, 219.II oder 219.III weist ein schaltbares pneumatisches Ventil 219 auf. Das Ventil 219 ist von einer Luftseite LS auf eine Abgasseite AS durchschaltbar. Mit anderen Worten ist der Ladeluft LL eine zusätzliche Strömungsführung gemäß einer der Varianten einer Strömungsführung I, II oder III zur Verfügung gestellt, die von einer Luftseite LS zu einer Abgasseite AS führt, ohne dass Ladeluft LL in den Brennraum 215 gelangen müsste. Die Ladeluft LL wird drucklos von einer Luftseite LS auf eine Abgasseite AS des Zylinders 210.i geführt.
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Die Ladeluftführung 219.I ist unmittelbar als Durchbruch in einer Zylinderkopfwand zwischen dem Einlassventil 216 und dem Auslassventil 217 gebildet. Die Ladeluftführung 219.II ist über Deckenkanäle in einer Decke des Zylinderkopfs 218 gebildet. Dies ist mit einer etwas längeren Strömungsführung II verbunden, erweist sich jedoch als robuster, da eine Zylinderkopfwand in der Nähe des Einlassventils 216 und Auslassventils 217 zum Brennraum 215 nicht geöffnet werden muss. In einer dritten Variante ist die Strömungsführung III außerhalb des Zylinderkopfes 218 gebildet; nämlich in einem in 4 nicht näher dargestellten Ladeluft- und Abgassystem der Brennkraftmaschine 210.
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In allen hier dargestellten Varianten wird im Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine 210 Ladeluft LL drucklos von einer Luftseite (LS) auf eine Abgasseite (AS) der Brennkraftmaschine geführt. Eine bereits in 1 gezeigte Steuerleitung 3.6 zum Motorsteuergerät 3 ist symbolisch am Ventil 219 gezeigt. Über ein entsprechendes Steuersignal in der Steuerleitung 3.6 kann das Ventil 219 geschaltet werden, sobald ein Umschaltschritt SI, SII zwischen OT und MT – wie in 3 dargestellt – erfolgt ist.
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In der hier dargestellten Ausführungsform wird bevorzugt zwischen Drucklosführung und Drückführung 701, 702 umgeschaltet, nachdem eine Umschaltung zwischen OT, MT erfolgt ist. Grundsätzlich kann die Umschaltung jedoch auch gleichzeitig erfolgen. Es kann sich zum Teil auch als vorteilhaft erweisen, dass zunächst eine Umschaltung zwischen Drucklosführung und Druckführung 701, 702 erfolgt und unmittelbar nach einem Umschaltschritt SI, SII zur Umschaltung zwischen den Gruppen OT und MT durchgeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Datenbus
- 2
- Zugsteuergerät (ZSG)
- 3
- Motorsteuergerät (ECU)
- 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6
- Steuerleitungen
- 4
- Getriebesteuergerät (GS)
- 5
- Batterie-Management-Steuergerät (BMS)
- 6
- Umrichter-Steuergerät (VCU)
- 7
- Steuergerät zur Festlegung des Abgases (SCR)
- 8
- Einheit
- 20
- Energiespeicher
- 30
- Schalter
- 40
- Wärmeabgabe
- 100
- Steuereinrichtung
- 200
- Hybridantrieb
- 201
- Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit
- 202
- Motorkrümmer
- 203
- Kupplung
- 204
- Turboaufladung
- 206
- Kraftstofftank
- 207
- Pumpen
- 208
- Rail
- 209
- Rail-Drucksensor
- 210
- Brennkraftmaschine
- 210.1, 201.2, 210.3, 210.4, 210.i
- Zylinder
- 211
- Injektoren
- 212
- Block der Brennkraftmaschine
- 213
- Zylinderhülse
- 214
- Kolben
- 215
- Brennraum
- 216
- Einlassventil
- 217
- Auslassventil
- 218
- Zylinderkopf
- 218.1
- Einlasskrümmer
- 218.2
- Auslasskrümmer
- 219
- schaltbares Ventil
- 219.1
- Ladeluftführung
- 219.2
- Abgasführung
- 219.I, 219.II, 219.III
- Varianten einer zusätzlichen Ladeluftführung
- 220
- Elektromotor
- 230
- automatisches Getriebe
- 240
- Achswendegetriebe
- 250
- Achswelle
- 260
- Räder des Triebkopfes
- 270
- Stromrichter, Wechselrichter
- 300
- Abgassystem
- 301
- Abgasleitung
- 310
- Abgasnachbehandlungssystem
- 340
- Abgasheizsystem
- 341
- Gleichstromrichter
- 342
- Heizwiderstand
- 500
- Fahrbetriebsmodul
- 501
- Beschleunigung, beschleunigen
- 502
- Fahren
- 503
- Stehen
- 504
- Bremsen
- 600
- Antriebsprofil
- 601
- Boosten
- 602
- BKM-Fahrt
- 603
- elektrisches Fahren
- 604
- Rekuperieren
- 701
- Drucklosführung
- 702
- Druckführung
- 1000
- Schienenfahrzeug
- A
- Ausgangsgröße
- AA
- Antriebsart
- ADV
- Signal
- AG
- Abgas
- AP
- Antriebsprofil
- BS(SL)
- Soll-Batteriesystemgrößen
- E
- Eingangsgröße
- G
- Generator
- I, II, III
- Strömungsführung
- LL
- Ladeluft
- M
- Motor, Elektromotor
- MT
- Gruppe mit Traktionsbeitrag
- nM
- Drehzahl-Signal
- nM(SL)
- Soll-Drehzahlvorgabe
- OT
- ohne Traktionsbeitrag
- qV2(SL)
- zweite Soll-Einspritzmenge
- pCR
- Raildruck
- SB
- Spritzbeginn
- SCR
- Katalysator
- SPL
- Streckenfahrplan
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038753 A1 [0002]
- DE 102004015973 B3 [0003]
