AT511085B1 - Hybridfahrzeug mit einer brennkraftmaschine und einer ersten elektrischen maschine - Google Patents

Hybridfahrzeug mit einer brennkraftmaschine und einer ersten elektrischen maschine Download PDF

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AT511085B1 ATA979/2011A AT9792011A AT511085B1 AT 511085 B1 AT511085 B1 AT 511085B1 AT 9792011 A AT9792011 A AT 9792011A AT 511085 B1 AT511085 B1 AT 511085B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (11) und zumindest einer ersten elektrischen Maschine (13), welche mit der Kurbelwelle (12) der Brennkraftmaschine (11) antriebsverbunden ist, wobei die Brennkraftmaschine (11) zumindest einen in einem Einlassstrang (14) angeordneten Verdichter (16) aufweist. Um das Hybrisfahrzeug mit bestmöglichem Wirkungsgrad zu betreiben, ist es vorteilhaft, wenn der Verdichter (16) über eine zweite elektrische Maschine (17) antreibbar ist, wobei die zweite elektrische Maschine (17) in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (11) generatorisch betreibbar ist.

Description

österreichisches Patentamt AT511 085 B1 2012-09-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und zumindest einer ersten elektrischen Maschine, welche mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist, wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen in einem Einlassstrang angeordneten Verdichter aufweist, wobei der Verdichter über eine zweite elektrische Maschine antreibbar ist, wobei die zweite elektrische Maschine in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine generatorisch betreibbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches eine Brennkraftmaschine und zumindest eine erste elektrische Maschine aufweist, welche in zumindest einem Betriebsbereich durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei die Ansaugluft über zumindest einen im Einlassstrang angeordneten Verdichter verdichtet wird, wobei der Verdichter über eine zweite elektrische Maschine angetrieben wird, wobei die zweite elektrische Maschine in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine durch den als Turbine arbeitenden Verdichter angetrieben und generatorisch betrieben wird.
[0002] Aus den Veröffentlichungen JP 2006 105 075 A2, EP 1 462 629 A1, JP 2002 375 127 A2 und DE 100 24 390 A1 ist es bekannt, im Teillastbereich die Drosselverluste zur Energieerzeugung zu nutzen. Weiters ist es aus der Veröffentlichung DE 2009 045 624 A1 bekannt, einen Verdichter mit einem Generator zu koppeln.
[0003] Die US 2009/0 107 142 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasturbine im Abgasstrang und einem Verdichter im Einlassstrang, sowohl die Abgasturbine, als auch der Verdichter sind mit einer elektrischen Maschine drehverbunden, wobei die elektrischen Maschinen sowohl als Motor, als auch als Generator betreibbar sind.
[0004] Die WO 2008/020 184 A1 offenbart einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, wobei die Welle des Abgasturboladers sowohl mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, als auch mit einer ersten elektrischen Maschine antriebsverbunden werden kann. Eine Ausgangswelle des Turboladers ist mit einem Verdichter und über ein Planetengetriebe mit einer zweiten elektrischen Maschine verbunden. Sowohl die erste elektrische Maschine, als auch die zweite elektrische Maschine kann als Motor oder als Generator betrieben werden.
[0005] Weiters ist auch aus der US 2010/0107 632 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, welcher mit einem Motorgenerator antriebsverbunden ist.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad des Antriebstranges eines Hybridfahrzeuges zu verbessern.
[0007] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Verdichter im Umkehrbetrieb betreibbar ist, sobald die zweite elektrische Maschine generatorisch betrieben wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zweite elektrische Maschine im Teillastbereich generatorisch betreibbar ist.
[0008] An der Teillast wird durch Drosselung der Ansaugluft Strom erzeugt. Um die Verluste möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die erste elektrische Maschine momentenfrei im Leerlauf betrieben wird, sobald die zweite elektrische Maschine generatorisch betrieben wird.
[0009] Die Schaufeln des Verdichters arbeiten als Turbine und drosseln die Ansaugluft. Die an der Teillast anfallenden Drosselverluste, welche bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen an der Drosselklappe auftreten, werden bei Betrieb der zweiten elektrischen Maschine als Generator sinnvoll zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Der normale Generator der Brennkraftmaschine - die erste elektrische Maschine - kann dabei ohne Belastung umlaufen und somit die Reibung reduzieren. Das Verdichterlaufrad arbeitet im Turbinenbetrieb am Effektivsten, wenn die Strömungsrichtung umgekehrt wird. Um dies zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn eine erste Umkehrleitung stromaufwärts des Verdichters vom Einlassstrang abzweigt und stromabwärts des Verdichters in den Einlassstrang einmündet. Eine zweite Umkehrleitung kann dabei stromaufwärts des Verdichters zwischen der ersten Umkehrleitung und dem Verdichter vom Einlassstrang abzweigen und stromabwärts des Verdichters und der Einmündung der 1 /4 österreichisches Patentamt AT511 085 B1 2012-09-15 ersten Umkehrleitung in den Einlassstrang einmündet, wobei zwischen den Abzweigungen und den Einmündungen der ersten und zweiten Umkehrleitung jeweils Absperreinrichtungen angeordnet sein können.
[0010] Die Erfindung im folgenden anhand der Figur näher erläutert.
[0011] Der Antriebsstrang 10 für ein Hybridfahrzeug weist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine 11 mit mehreren Zylindern 1,2, 3, 4 auf, deren weiter nicht dargestellte Kolben auf eine Kurbelwelle 12 einwirken. Die Kurbelwelle 12 ist mit einer ersten elektrischen Maschine 13 antriebsverbunden. Die Brennkraftmaschine 11 weist einen Einlassstrang 14 mit einem Luftfilter 15, einen Verdichter 16, eine Drosselklappe 18 und einen Einlasssammler 9 auf, von welchem Einlasskanäle 20, 21,22 und 23 zu den Zylindern 1, 2, 3, 4 führen. Mit Bezugszeichen 24 und 25 sind Auslassstränge der Brennkraftmaschine 11 bezeichnet.
[0012] Der Verdichter 16 ist mit einer zweiten elektrischen Maschine 17 antriebsverbunden, wobei die zweite elektrische Maschine sowohl als Motor, als auch als Generator betreibbar ist. Im Generatorbetrieb der zweiten elektrischen Maschine 17 wird der Verdichter 16 umgekehrt durchströmt und arbeitet somit als Turbine.
[0013] Zur Umkehrung der Strömung durch den Verdichter 16 ist eine erste Umkehrleitung 26 und eine zweite Umkehrleitung 27 vorgesehen, welche Umkehrleitungen 26, 27, jeweils stromaufwärts des Verdichters 16 vom Einlassstrang 14 abzweigen und stromabwärts des Verdichters 16 in den Einlassstrang 14 wieder einmünden. Die Abzweigung 27a der zweiten Umkehrleitung 27 ist dabei zwischen der ersten Abzweigung 26a der ersten Umkehrleitung 26 und dem Verdichter 16 angeordnet. Der Mündungsbereich 27b der zweiten Umkehrleitung 27 befindet sich stromabwärts des Mündungsbereiches 26b der ersten Umkehrleitung 26. Zwischen den Abzweigungen 26a, 27 ist dabei ein erstes Absperrventil 28 und zwischen den Mündungen 26b, 27b ein zweites Absperrventil 29 angeordnet.
[0014] Im Vollastbereich der Brennkraftmaschine 11 wird die zweite elektrische Maschine 17 motorisch zur Verdichtung der Ansaugluft betrieben, um das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine 11 zu erhöhen. Bei Teillast hingegen wird die zweite elektrische Maschine 17 als Generator betrieben, wobei der Verdichter 16 in umgekehrter Strömungsrichtung durchströmt wird. Die Umkehrung der Strömungsrichtungen wird durch Schließen der Absperreinrichtungen 28, 29 ermöglicht. Die Schaufeln des Verdichters 16 arbeiten somit als Turbine und drosseln die Ansaugluft. Die im Teillastbereich bei einer Otto-Brennkraftmaschine auftretenden Drosselverluste im Einlassstrang 14 werden somit effektiv zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Die erste elektrische Maschine 13 dabei kann im Teillastbereich ohne Belastung frei betrieben werden, um die Reibung zu reduzieren. Für das Erhalten der Leerlaufdrehzahl des elektrischen Laders ist keine zusätzliche Energie nötig.
[0015] Der Verdichter 16 befindet sich im Hauptluftmassenstrom. Im Schubbetrieb wird Bremsenergie der als Generator arbeitenden erste elektrischen Maschine 13 rückgewonnen. Auch bei Betrieb der zweiten elektrischen Maschine 17 zum Antrieb des Verdichters 16 kann über die als Generator arbeitende erste elektrische Maschine 13 elektrische Energie erzeugt werden, um den elektrischen Energiespeicher des Fahrzeuges zu schonen. Um den Anfahrvorgang zu beschleunigen, kann während dem Anfahrvorganges die erste elektrische Maschine 13 als Motor betrieben werden, und somit zusätzliches Drehmoment an die Kurbelwelle 12 liefern. Dadurch, dass die zweite elektrische Maschine 17 im Anfahrbetrieb auch als Motor arbeitet und den Verdichter 16 antreibt, wird rasch ein hoher Ladedruck aufgebaut und der Anfahrvorgang beschleunigt.
[0016] Bei längerem Betrieb der zweiten elektrischen Maschine 17 als Motor zum Antrieb des Verdichters 16 kann die erste elektrische Maschine 13 in Überlast betrieben werden und dabei Strom für den Antrieb der zweiten elektrische Maschine 17 erzeugen. 2/4

Claims (7)

  1. österreichisches Patentamt AT 511 085 B1 2012-09-15 Patentansprüche 1. Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (11) und zumindest einer ersten elektrischen Maschine (13), welche mit der Kurbelwelle (12) der Brennkraftmaschine (11) antriebsverbunden ist, wobei die Brennkraftmaschine (11) zumindest einen in einem Einlassstrang (14) angeordneten Verdichter (16) aufweist, wobei der Verdichter (16) über eine zweite elektrische Maschine (17) antreibbar ist, wobei die zweite elektrische Maschine (17) in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (11) generatorisch betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16) im Umkehrbetrieb betreibbar ist, sobald die zweite elektrische Maschine (17) generatorisch betrieben wird.
  2. 2. Brennkraftmaschine (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (17) im Teillastbereich generatorisch betreibbar ist.
  3. 3. Brennkraftmaschine (11) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Umkehrleitung (26) stromaufwärts des Verdichters (16) vom Einlassstrang (14) abzweigt und stromabwärts des Verdichters (16) in den Einlassstrang (14) einmündet, und dass eine zweite Umkehrleitung (27) stromaufwärts des Verdichters (16) zwischen der ersten Umkehrleitung (26) und dem Verdichter (16) vom Einlassstrang (14) abzweigt und stromabwärts des Verdichters (16) und der Einmündung (26b) der ersten Umkehrleitung (16) in den Einlassstrang (14) einmündet, wobei zwischen den Abzweigungen (26a, 27a) und den Einmündungen (26b, 27b) der ersten und zweiten Umkehrleitung (26, 27) jeweils Absperreinrichtungen (28, 29) angeordnet sind.
  4. 4. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches eine Brennkraftmaschine (11) und zumindest eine erste elektrische Maschine (13) aufweist, welche in zumindest einem Betriebsbereich durch die Brennkraftmaschine (11) angetrieben wird, wobei die Ansaugluft über zumindest einen im Einlassstrang (14) angeordneten Verdichter (16) verdichtet wird, wobei der Verdichter (16) über eine zweite elektrische Maschine (17) angetrieben wird, wobei die zweite elektrische Maschine (17) in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (11) durch den als Turbine arbeitenden Verdichter (16) angetrieben und generatorisch betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16) im Umkehrbetrieb betrieben wird, sobald die zweite elektrische Maschine (17) generatorisch betrieben wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (17) zumindest im Teillastbereich generatorisch betrieben wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (13) momentenfrei im Leerlauf betrieben wird, sobald die zweite elektrische Maschine (17) generatorisch betrieben wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebsbereich die erste elektrische Maschine (13) in Überlast betrieben wird, wobei vorzugsweise die erste elektrische Maschine (13) die elektrische Energie zum Antrieb der zweiten elektrischen Maschine (17) zur Verfügung stellt. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/4
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