DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

4.1. Reduktion von Kraftstoff und
Schadstoffemissionen
4.1.1. Regeneratives Bremsen
Ein wichtiger Anteil des Kraftstoffeinsparpotenzials bei
Hybridantriebssystemen liegt in der Nutzung der
Bremsenergie in der antriebslosen Schubphase des
Fahrzeugs. Bei einem konventionellen Fahrzeug wird die
kinetische Energie beim Abbremsen durch das
Bremssystem in Wärme umgewandelt. Bei einem
Fahrzeug mit Hybridantrieb in Form eines
Verbrennungsmotors und einer elektrischen Maschine
hingegen wandelt die elektrische Maschine, die in diesem
Fall als Generator angesteuert wird, die
Bewegungsenergie in elektrische Energie, die dann in
einem elektrischen Zwischenspeicher gespeichert wird.
Diese gespeicherte Energie steht dann beim nächsten
Anfahr- bzw. Beschleunigungsvorgang als Antriebsenergie
wieder zur Verfügung. Ist die elektrische Maschine bzw.
der Generator durch eine Kupplung vom
Verbrennungsmotor abtrennbar oder erfolgt eine
Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zum
Verbrennungsmotor, verbunden mit weiteren technischen
Maßnahmen, so kann die Effizienz des sogenannten
regenerativen Bremsens erhöht werden, da der
Verbrennungsmotor nicht mehr mitgeschleppt werden
muss. [3, 7, 13].
4.1.2. Start-Stopp-Funktion
Ein weiteres Verbrauchseinsparpotenzial ist durch die
Start-Stopp-Funktionalität eines Hybridantriebsstrangs
gegeben. Erkennt die Fahrzeugsteuerung, dass das
Hybridfahrzeug zum Stehen kommt, beispielsweise an
einer geschlossenen Bahnschranke oder im Stau, wird die
Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor unterbrochen
und somit ein verbrauchshoher Leerlaufbetrieb vermieden.
Das Anlassen des Verbrennungsmotors erfolgt wiederum
automatisiert in Abhängigkeit von vorgegebenen
Startbedingungen durch das elektrische Antriebssystem.
[3, 7, 13].
4.1.3. Lastpunktanhebung
Insbesondere im Teillastbereich läuft der
Verbrennungsmotor nicht im Bereich seines besten
Wirkungsgrades bzw. seines niedrigsten
Kraftstoffverbrauchs. Beim Hybridantriebssystem besteht
nun die Möglichkeit, den Elektromotor als Generator
anzusteuern und mit dieser zusätzlichen Last den
Verbrennungsmotor im Hinblick auf den Wirkungsgrad in
seinen optimierten Betriebszustand anzuheben. Die
Figur 8 aus DE 42 17 668 C2 zeigt den Zusammenhang
zwischen Drehmoment M und Drehzahl n eines
Verbrennungsmotors. Das maximale Drehmoment des
Verbrennungsmotors ist durch die Kurve 30, das
aufzubringende Moment zur Überwindung des
Fahrwiderstands MFW bei einer bestimmten Gangstufe mit
33 und der Drehmomentverlauf bei jeweils maximalem
Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors durch die Kurve
32 dargestellt. Die Kurven konstanten spezifischen
Kraftstoffverbrauchs bzw. konstanten Wirkungsgrads sind
mit 31´, 31´´, 31´´´ und 31´´´´ bezeichnet. Der Generator
wird nun zur Erzeugung von elektrischer Energie bzw. zum
Aufladen des elektrischen Speichers derart angesteuert,
dass der Verbrennungsmotor ein zusätzliches
Differenzmoment ΔM zwischen dem Moment zur
Überwindung des momentanen Fahrwiderstands und dem
Idealbetrieb entlang der Kurve 32 aufbringen muss.
Figur 8: Lastpunktanhebung eines Verbrennungsmotors in den
Bereich optimalen Wirkungsgrades durch die zusätzliche
generatorische Last ΔM; aus DE 42 17 668 C1.
Neben der Lastanhebung zur Kraftstoffeinsparung kann
wie in der EP 1 182 074 A2 beschrieben durch ein
zusätzlich aufzubringendes Lastdrehmoment auch die
Kaltstartphase eines Verbrennungsmotors bzw. die damit
zusammenhängende Zeit zur Aufheizung eines
Abgaskatalysators bis zu seiner optimalen
Arbeitstemperatur verkürzt und somit der
Schadstoffausstoß verringert werden.
4.1.4. Downsizing
Eine weitere Einsparmöglichkeit besteht nun darin, einen
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