DE102020110761A1 - Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit mindestens einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einem Elektromotor und mit einer elektronischen Steuereinheit - Google Patents

Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit mindestens einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einem Elektromotor und mit einer elektronischen Steuereinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit mindestens einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einem einen Verdichter aufweisenden Abgasturbolader, mit mindestens einem Elektromotor und mit einer elektronischen Steuereinheit, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Stellung eines Fahrpedals erfasst und dass sie bei einem für einen Schubbetriebswunsch charakteristischen Loslassen des Fahrpedals eine Schubbetriebs-Verzögerung bestehend aus einem ersten Verzögerungsanteil und einem zweiten Verzögerungsanteil einstellt, wobei der erste Verzögerungsanteil durch ein definiertes Bremsmoment des Elektromotors und der zweite Verzögerungsanteil nur durch teilweises Schließen eines verbrennungsmotorischen Drosselorgans (Drosselklappe oder Ventilhub der Einlassventile) derart einstellbar ist, dass das Ausmaß des Drosselorgan-Schließens nicht kleiner als ein Schwellwert ist, der zu einem Verdichter-Pumpen und/oder zu akustischen Störungen führen würde.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit mindestens einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einem Elektromotor und mit einer elektronischen Steuereinheit.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, einen Verbrennungsmotor mit einer Ladevorrichtung zu betreiben, die eine möglichst große Frischgasmenge vorverdichtet und in den Verbrennungsmotor fördert. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise ein Abgasturbolader, welcher aus einer Turbine und einem Verdichter besteht. Die Turbine wird durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben und treibt den Verdichter an, der seinerseits die angesaugte Luft verdichtet und in den Verbrennungsmotor leitet. Beim Übergang vom Zug- in den Schubbetrieb wird durch das schnelle Schließen der Drosselklappe (oder durch die schnelle Umschaltung auf Minimal-/Nullhub der Einlassventile) das Schluckvermögen des Motors extrem reduziert, während der Verdichter aufgrund seiner Trägheit noch mit hoher Drehzahl weiterläuft. Da die geförderte Luft vom Verbrennungsmotor nicht aufgenommen werden kann, würde Luftmasse von der Hochdruckauf die Niederdruckseite über das Verdichterrad zurückströmen (Pumpen des Verdichters). Um dies zu verhindern, wird daher bei aufgeladenen Ottomotoren aus Gründen der Akustik und Fahrbarkeit (unerwünschtes „Nachschieben“ beim Übergang in den Schubbetrieb bei alternativem langsamen Schließen der Drosselklappe) ein Schubumluftventil eingesetzt, das beim Wechsel vom Zug- in den Schubbetrieb einen Kanal freigibt, über den Luftmasse von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite zurückströmen kann. Des Weiteren sind Verbrennungsmotoren mit mehreren Verdichtern bekannt, wobei beispielsweise jeder Zylinderbank ein Verdichter zugeordnet ist. Durch die Verwendung von zwei oder mehreren Verdichtern mit entsprechend geringeren Trägheitsmomenten als ein einzelner größerer Verdichter wird das Ansprechverhalten der Ladevorrichtung verbessert.
  • Beispielsweise aus der DE 10 2009 015 672 A1 ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit zwei Verdichtern gelöst. Es ist ein Schubumluftkanal mit einem ersten Schubumluftventil vorgesehen. Der Schubumluftkanal verbindet die Hochdruckseite des ersten Verdichters mit dessen Niederdruckseite. Weiterhin ist ein Übersprechkanal vorgesehen, der die Hochdruckseite des ersten Verdichters mit der Hochdruckseite des zweiten Verdichters verbindet. Der Übersprechkanal bewirkt einen stabilen Druckverlauf auf der Hochdruckseite der Verdichter und wirkt sich positiv auf die Funktion und Akustik der Vorrichtung aus. Des Weiteren wird nur ein Schubumluftkanal mit Schubumluftventil für beide Verdichter benötigt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Übergangsverhalten von Zug- auf Schubbetrieb eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einfachen und kostengünstigen Mitteln zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden insbesondere in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit mindestens einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einem einen Verdichter aufweisenden Abgasturbolader, mit mindestens einem Elektromotor und mit einer elektronischen Steuereinheit, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Stellung eines Fahrpedals und den dessen Änderungsgradienten erfasst und dass sie bei einem für einen Schubbetriebswunsch charakteristischen Loslassen des Fahrpedals eine Schubbetriebs-Verzögerung bestehend aus einem ersten Verzögerungsanteil und einem zweiten Verzögerungsanteil einstellt, wobei der erste Verzögerungsanteil durch ein definiertes Bremsmoment des Elektromotors und der zweite Verzögerungsanteil nur durch teilweises Schließen eines verbrennungsmotorischen Drosselorgans (Drosselklappe oder Ventilhub der Einlassventile) derart einstellbar ist, dass das Ausmaß des Drosselorgan-Schließens nicht kleiner als ein Schwellwert ist, der zu einem Verdichter-Pumpen und/oder zu akustischen Störungen führen würde.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Weiterhin können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
    • Durch die Erfindung soll eine Verbesserung der Bauraum- und Kostensituation durch Entfall von Bauteilen erreicht werden.
  • Aus Gründen der Fahrbarkeit und Akustik wird bei aufgeladenen Ottomotoren meist ein Schubumluftventil eingesetzt, das beim Wechsel vom Zug- in den Schubbetrieb öffnet und dadurch einen Kanal freigibt, über den Luftmasse von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite zurückströmen kann.
  • Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug bzw. die Betriebsstrategie eines Hybridfahrzeugs mit aufgeladenem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor.
  • Das aus Gründen der Fahrbarkeit und Akustik meistens verbaute Schubumluftventil muss im vorhandenen knappen und heißen Bauraum untergebracht werden, erhöht auch in geschlossenem Zustand den Strömungswiderstand und erhöht die Herstellkosten des Verbrennungsmotors.
  • Erfindungsgemäß kann auf den Schubumluftkanal und das Schubumluftventil verzichtet werden, wenn beim Übergang vom Zug- in den Schubbetrieb, also der Zurücknahme des Gaspedals, abweichend vom üblichen Verfahren das eigentliche Drosselorgan (Drosselklappe oder Ventilhub der Einlassventile) nicht unverzüglich, sondern mit einem flacheren Gradienten zurückgefahren wird. Dadurch wird der Luftmassenbedarf des Verbrennungsmotors für kurze Zeit auf einem höheren Niveau gehalten, ein Druckabbau auf der Hochdruckseite des Verdichters ermöglicht und ein akustisch auffallendes Rückströmen über das Verdichterrad vermieden. Um dennoch beim Fahrer den gewohnten Effekt einer sofort mit Gaswegnahme eintretenden Verzögerung zu erzielen, wird in die elektronische Steuereinheit zur Antriebssteuerung eine Funktion integriert, durch die bei Gaswegnahme durch den Fahrer dem Elektromotor des Hybridantriebs, vorzugsweise einem Kurbelwellenstartergenerators (KSG), ein kurzzeitig negatives Moment (= Bremsmoment) in der Höhe aufgeschaltet wird, dass das resultierende Gesamtmoment aus Verbrennungsmotor und Elektromotor dem Schleppmoment eines konventionellen Antriebs entspricht.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur (1) schematisch eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung in einem Hybridfahrzeug, das beispielsweise eine P1 oder P2 Hybridtopologie aufweisen kann.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1, mit einem eine Turbine 3a und einen Verdichter 3b aufweisenden Abgasturbolader, mit einem Elektromotor 7, mit einem Fahrpedal 2 und mit einer elektronischen Steuereinheit 10 dargestellt. Unter einem Fahrpedal 2 soll im weitesten Sinne jedes kontinuierlich verstellbare Fahrerleistungswunsch-Bedienelement verstanden werden. Die elektronische Steuereinheit 10 enthält ein Computerprogrammprodukt 10a, insbesondere in Form eines Software-Programmes, durch das Eingangssignale der Steuereinheit 10, wie z.B. die Stellung des Fahrpedals 2, erfassbar sowie auswertbar sind und durch das Aktuatoren, wie z. B. der Elektromotor 7 und ein Drosselorgan 12 ansteuerbar sind. Die Steuereinheit 10 erfasst die Stellung des Fahrpedals 2 und stellt bei einem für einen Schubbetriebswunsch charakteristischen Loslassen des Fahrpedals 2 eine Schubbetriebs-Verzögerung bestehend aus einem ersten Verzögerungsanteil und einem zweiten Verzögerungsanteil ein. Der erste Verzögerungsanteil ist durch ein definiertes Bremsmoment des Elektromotors 7 und der zweite Verzögerungsanteil nur durch teilweises Schließen des verbrennungsmotorischen Drosselorgans 12 derart einstellbar, dass das Ausmaß des Drosselorgan-Schließens nicht kleiner als ein Schwellwert ist, der zu einem Verdichter-Pumpen und/oder zu akustischen Störungen führen würde. Das hierfür erforderliche Ausmaß des Drosselorgan-Schließens wird vorzugsweise empirisch ermittelt und kann abhängig von definierten Betriebsparametern variabel, beispielsweise in der Steuereinheit 10 über ein Kennfeld abgespeichert, vorgebbar sein.
  • Die Steuereinheit 10 ist weiterhin derart ausgestaltet, dass der erste Verzögerungsanteil nur für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne (ca. 1,5 sec) durch das Bremsmoment des Elektromotors 7, insbesondere zum Rekuperieren einer Batterie, aufgebracht wird. Diese Zeitspanne wird insbesondere empirisch ermittelt und ist derart definiert, dass während des Ablaufs dieser Zeitspanne ein Druckabbau auf der Hochdruckseite des Verdichters 3b ermöglicht und ein akustisch auffallendes Rückströmen über das Verdichterrad vermieden wird.
  • Die gesamte Schubbetriebs-Verzögerung bestehend aus einem ersten Verzögerungsanteil und einem zweiten Verzögerungsanteil entspricht vorzugsweise einer verbrennungsmotorischen Schubbetriebs-Verzögerung (auch Schleppmoment genannt) einer konventionellen Antriebsvorrichtung ohne Elektromotor.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit 10 weiterhin derart ausgestaltet, dass der Gradient des Loslassens des Fahrpedals 2 erfassbar ist und dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Gradienten-Schwellwertes der erste Verzögerungsanteil durch den Elektromotor 7 bereits vor einem vollständigen Loslassen des Fahrpedals 2 einstellbar ist.
  • Ergänzend wird daraufhin gewiesen, dass in 1 zwischen dem Elektromotor 7 und dem Verbrennungsmotor 1 eine steuerbare Kupplung 8 vorgesehen sein kann (P2 Hybridtopologie), die für die Erfindung geschlossen sein muss. Die Kupplung 8 kann aber auch entfallen (P1 Hybridtopologie), wodurch der Elektromotor 7 und der Verbrennungsmotor 8 fest miteinander verbunden wären.
  • Auch kann dem Elektromotor 7 ein Getriebe 9, insbesondere ein elektronisches Automatikgetriebe, nachgeschaltet sein, über das das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug sein Antriebsmoment auf die Räder übertragen kann.
  • Ebenso wird lediglich ergänzend auf das mögliche Vorhandensein von verschiedenen Katalysatoren 4, 5 und 6 im Abgasstrang des Verbrennungsmotors 1 hingewiesen.
  • Durch die Erfindung kann eine Anordnung 11, bestehend aus einem Schubumluftkanal und einem Schubumluftventil, im oder am Verdichter 3b nach dem Stand der Technik entfallen (daher nur gestrichelt dargestellt).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009015672 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit mindestens einem Verbrennungsmotor (1), mit mindestens einem einen Verdichter (3b) aufweisenden Abgasturbolader (3a, 3b), mit mindestens einem Elektromotor (7) und mit einer elektronischen Steuereinheit (10), die derart ausgestaltet ist, dass sie die Stellung eines Fahrpedals (2) erfasst und dass sie bei einem für einen Schubbetriebswunsch charakteristischen Loslassen des Fahrpedals (2) eine Schubbetriebs-Verzögerung bestehend aus einem ersten Verzögerungsanteil und einem zweiten Verzögerungsanteil einstellt, wobei der erste Verzögerungsanteil durch ein definiertes Bremsmoment des Elektromotors (7) und der zweite Verzögerungsanteil nur durch teilweises Schließen eines verbrennungsmotorischen Drosselorgans (12) derart einstellbar ist, dass das Ausmaß des Drosselorgan-Schließens nicht kleiner als ein Schwellwert ist, der zu einem Verdichter-Pumpen und/oder zu akustischen Störungen führen würde.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) weiterhin derart ausgestaltet ist, dass der erste Verzögerungsanteil nur für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne durch das Bremsmoment des Elektromotors (7) aufgebracht wird, wobei diese Zeitspanne derart definiert ist, dass während des Ablaufs dieser Zeitspanne ein Druckabbau auf der Hochdruckseite des Verdichters (3b) ermöglicht und ein akustisch auffallendes Rückströmen über das Verdichterrad vermieden ist.
  3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubbetriebs-Verzögerung bestehend aus einem ersten Verzögerungsanteil und einem zweiten Verzögerungsanteil einer verbrennungsmotorischen Schubbetriebs-Verzögerung einer konventionellen Antriebsvorrichtung ohne Elektromotor entspricht.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) weiterhin derart ausgestaltet ist, dass der Gradient des Loslassens des Fahrpedals (2) erfassbar ist und dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Gradienten-Schwellwertes der erste Verzögerungsanteil bereits vor einem vollständigen Loslassen des Fahrpedals (2) einstellbar ist.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) weiterhin derart ausgestaltet ist, dass die für den ersten Verzögerungsanteil vorgegebene vergleichsweise kurze Zeitspanne kleiner als 2 Sekunden ist.
  6. Elektronische Steuereinheit (10) für eine Antriebsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Computerprogrammprodukt (10a).
  7. Verfahren zum Antrieb eines Hybridfahrzeugs mit mindestens einem Verbrennungsmotor (1), mit mindestens einem einen Verdichter (3b) aufweisenden Abgasturbolader (3a, 3b) und mit mindestens einem Elektromotor (7), wobei mittels einer elektronischen Steuereinheit (10) die Stellung eines Fahrpedals (2) erfasst und bei einem für einen Schubbetriebswunsch charakteristischen Loslassen des Fahrpedals (2) eine Schubbetriebs-Verzögerung bestehend aus einem ersten Verzögerungsanteil und einem zweiten Verzögerungsanteil eingestellt wird, wobei der erste Verzögerungsanteil durch ein definiertes Bremsmoment des Elektromotors (7) und der zweite Verzögerungsanteil nur durch teilweises Schließen eines verbrennungsmotorischen Drosselorgans (12) derart eingestellt wird, dass das Ausmaß des Drosselorgan-Schließens nicht kleiner als ein Schwellwert ist, der zu einem Verdichter-Pumpen und/oder zu akustischen Störungen führen würde.
  8. Computerprogrammprodukt zur Verwendung in einer elektronischen Steuereinheit (10) und/oder zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
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