DE102005024411B4 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung - Google Patents

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Abstract

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Brennkraftmaschine (2), die trieblich mit einem Generator (8) und einem Elektromotor (9) verbunden ist, wobei der Elektromotor (9) mittels einer schaltbaren Kupplung (14) von der Brennkraftmaschine (2) ab- und ankuppelbar ist,
wobei der Elektromotor (9) trieblich mit wenigstens einem Nebenaggregat (17), insbesondere einem Klimakompressor (17'), verbunden ist, und
wobei die Antriebsanordnung (1) eine Regel-/Steuereinrichtung (18) aufweist, die mit der Brennkraftmaschine (2), dem Elektromotor (9), dem Generator (8) und der Kupplung (14) verbunden ist dergestalt, dass in Abhängigkeit vorgebbarer Fahr- und Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges die Kupplung (14) öffenbar oder schließbar ist, so dass ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregates (17, 17') bei geschlossener Kupplung (14) durch die Brennkraftmaschine (2) und bei offener Kupplung (14) durch den Elektromotor (9) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromotor (9) einerseits mit dem Generator (8) und andererseits mit einem Elektro-Energiespeicher (15) elektrisch verbunden ist, so...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Aus der DE 102 59 289 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine bekannt, die trieblich mit einem Klimakompressor verbunden ist. Mittels einer Kupplung kann der Klimakompressor von der Brennkraftmaschine ab- und angekuppelt werden. Zudem ist ein Elektromotor vorgesehen, der ebenfalls trieblich mit dem Klimakompressor verbunden ist. Der Elektromotor wird beim Betrieb desselben über eine Batterie mit Energie versorgt. Der Klimakompressor ist Bestandteil eines Arbeitsmittelkreislaufes einer Klimaanlage, in dem neben dem Klimakompressor ein Kondensator, ein Expansionsorgan und ein Verdampfer angeordnet sind. Mittels einer Regel-/Steuereinrichtung kann die Kupplung betätigt werden, so dass dann zum Antrieb des Klimakompressors zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor umgeschalten werden kann. Diese Umschaltung erfolgt in Abhängigkeit von der von der Klimaanlage geforderten Wärmelast.
  • Aus der DE 197 54 430 C2 ist ebenfalls eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Klimakompressor bekannt, der einerseits mit einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges und andererseits mit einem Elektromotor angetrieben werden kann. Der Elektromotor ist zu seiner Energieversorgung mit einem Generator verbunden, der von einer zusätzlich zur Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges vorgesehenen Zusatz-Brennkraftmaschine angetrieben wird.
  • Aus der DE 41 24 888 C2 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine bekannt, die trieblich mit einem Generator verbunden ist. Mittels einer Kupplung kann der Generator von der Brennkraftmaschine ab- und angekuppelt werden. Zudem weist das Kraftfahrzeug eine Klimaanlage mit einem Klimakompressor auf, der mit einem Elektromotor angetrieben wird. Zur Energieversorgung des Elektromotors ist dieser mit dem Generator verbunden, wobei die zwischen der Brennkraftmaschine und dem Generator angeordnete Kupplung bei eingeschalteter Klimaanlage geschlossen ist, so dass der Elektromotor vom Generator, der bei geschlossener Kupplung von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, mit Strom versorgt wird.
  • Eine gattungsgemäße Antriebsanordnung sowie ein gattungsgemäßes Verfahren sind aus der DE 10 2004 041 161 A1 bekannt.
  • Ferner ist es aus der DE 100 36 793 A1 bekannt, einen Elektromotor eines Klimakompressors mittels eines Generators anzutreiben.
  • Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, mittels dem ein effizientes Energiemanagement des Gesamtsystems Antriebsanordnung möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich der Antriebsanordnung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und bezüglich des Verfahrens zum Betreiben einer derartigen Antriebsanordnung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Elektromotor einerseits mit dem Generator und andererseits mit einem Elektro-Energiespeicher elektrisch verbunden ist, so dass über diese der Elektromotor einzeln oder gleichzeitig in Abhängigkeit von vorgegebenen energetischen Parametern mit Energie versorgbar ist, wobei der Elektro-Energiespeicher ebenfalls mit der Regel-/Steuereinrichtung verbunden ist.
  • Mit einem derartigen Aufbau ist ein besonders effizientes Energiemanagement für die gesamte Antriebsanordnung möglich. So kann zum Beispiel für den Fall, dass der Elektro-Energiespeicher, zum Beispiel eine Batterie, eine ausreichende Kapazität aufweist, die Energieversorgung des Elektromotors allein über diesen Elektro-Energiespeicher erfolgen. Weist der Elektro-Energiespeicher zum Umschaltzeitpunkt des Nebenaggregatantriebs von der Brennkraftmaschine auf den Elektromotor, das heißt beim Öffnen der Kupplung, allerdings keine ausreichende Kapazität zum betriebssicheren Antrieb des Elektromotors auf, so kann der Elektromotor auch direkt über den Generator mit Energie versorgt werden. Selbstverständlich ist auch eine Energieversorgung des Elektromotors gleichzeitig vom Generator und vom Elektro-Energiespeicher aus möglich.
  • Weiter kann durch den trieblich mit der Brennkraftmaschine verbundenen Generator, der wiederum mit dem Elektro-Energiespeicher verbunden ist, sichergestellt werden, dass während des Brennkraftmaschinenbetriebs ein Aufladen des Elektro-Energiespeichers möglich ist. Insgesamt wird daher ein Gesamtsystem für eine Antriebsanordnung zur Verfügung gestellt, die auf einfache Weise durch relativ wenig Bauteilaufwand funktionssicher und energetisch optimiert mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
  • Vorteilhaft ist hierbei weiter, dass mit dieser Antriebsanordnung sowohl ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine als auch ein optimaler Betrieb des wenigstens einen Nebenaggregates, das insbesondere durch einen Klimakompressor gebildet ist, möglich ist. Durch die Schaltung der Kupplung, die in der trieblichen Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor angeordnet ist, besteht auf einfache Weise die Möglichkeit, das wenigstens eine Nebenaggregat, das trieblich mit dem Elektromotor verbunden ist, vom Leistungsstrang der Brennkraftmaschine abzukuppeln. So kann das Nebenaggregat beispielsweise in bestimmten Lastfällen der Brennkraftmaschine antriebsmäßig von dieser abgekuppelt werden, wobei der weitere Antrieb dann durch den Elektromotor erfolgt. Das wenigstens eine Nebenaggregat kann beispielsweise bei einem bestimmten Drehzahlbereich einen schlechteren Wirkungsgrad aufweisen, so dass durch Öffnen der Kupplung und einem damit verbundenen Antriebswechsel für das Nebenaggregat von der Brennkraftmaschine zum Elektromotor das Nebenaggregat mit einem verbesserten Wirkungsgrad betrieben werden kann. Ebenso ist es denkbar, dass sich durch Öffnen der Kupplung und dem damit verbundenen Antriebswechsel des wenigstens einen Nebenaggregates von der Brennkraftmaschine zum Elektromotor der Lastpunkt der Brennkraftmaschine aus energetischer und emissionstechnischer Sicht in einen günstigeren Kennfeldpunkt verlagert, so dass dadurch ein optimierter Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist. Hierbei geschieht das Öffnen bzw. Schließen der Kupplung in Abhängigkeit von Verbrauchs- und/oder Emissionsparametern als Fahr- und Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges. Wird der Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregates durch Öffnen der Kupplung auf den Elektromotor umgeschalten, so wird zudem mittels der Regel-/Steuereinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen energetischen Parametern bezüglich der Energieversorgung des Elektromotors entschieden. Weist der Elektro-Energiespeicher, der insbesondere durch eine Batterie gebildet sein kann, eine ausreichende Kapazität auf, so ist die Energieversorgung des Elektromotors über den Elektro-Energiespeicher möglich. Weist der Elektro-Energiespeicher zum Umschaltzeitpunkt des Nebenaggregatantriebs von der Brennkraftmaschine auf den Elektromotor, d. h. beim Öffnen der Kupplung, keine ausreichende Kapazität zum betriebssicheren Antrieb des Elektromotors auf, so kann dieser auch direkt über den Generator mit Energie versorgt werden. Zudem ist eine Energieversorgung gleichzeitig vom Generator und vom Elektro-Energiespeicher aus möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 können der Generator und/oder der Elektromotor mittels eines Riementriebes und/oder mittels eines Kettentriebes und/oder mittels eines Zahnradantriebes mit der Brennkraftmaschine verbunden sein. Dabei kann die triebliche Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Generator und/oder dem Elektromotor, vorzugsweise variabel, gestuft oder stufenlos ausgebildet sein. So kann beispielsweise in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Bauraumes die passende triebliche Verbindung ausgewählt werden, wobei grundsätzlich der Antrieb des Generators und des Elektromotors unterschiedlich ausgebildet sein können.
  • Besonders bevorzugt kann gemäß Anspruch 3 der Riementrieb an einer Stirnseite der Brennkraftmaschine an einer Kurbelwelle eine drehfest angeordnete Riemenscheibe aufweisen, die mittels eines Riemens mit einer Riemenscheibe des Generators und/oder des Elektromotors verbunden ist. Es können alternativ an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auch zwei Riemenscheiben vorgesehen sind, nämlich eine für die triebliche Verbindung zum Generator und die andere für die triebliche Verbindung zum Elektromotor. Zudem ist auch denkbar, dass die beiden trieblichen Verbindungen zum Generator und zum Elektromotor an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Brennkraftmaschine getrennt voneinander angeordnet sind. Insgesamt ist aber eine Anordnung der trieblichen Anbindung zum Generator und zum Elektromotor vor einer Anfahrkupplung bzw. einem hydrodynamischen Momentenwandler, die zwischen der Brennkraftmaschine und einem antriebsmäßig gesehen nachfolgenden Getriebe angeordnet sind, zu bevorzugen.
  • In einer Weiterbildung gemäß Anspruch 4 kann die Kupplung zwischen der dem Elektromotor zugeordneten Riemenscheibe und dem Elektromotor ange ordnet sein oder zwischen der an der Kurbelwelle angeordneten Riemenscheibe und der Brennkraftmaschine angeordnet sein. So kann beispielsweise an einer aus dem Elektromotor herausgeführten Welle die Riemenscheibe angeordnet sein, wobei die Kupplung für eine insgesamt kompakte Bauweise der Antriebsanordnung in diesem Bereich ebenfalls an dieser Welle zwischen der Riemenscheibe und dem Elektromotor angeordnet ist. Ist die Kupplung der Riemenscheibe an der Kurbelwelle zugeordnet, so ist darauf zu achten, dass bei einer Betätigung der Kupplung der Generator weiter trieblich mit der Brennkraftmaschine verbunden bleibt.
  • In einer weiteren Ausführungsform gemäß Anspruch 5 kann der dem Elektromotor zugeordnete Elektro-Energiespeicher als Hochspannungs-Elektro-Energiespeicher ein Spannungsniveau von größer 12 V aufweisen. Besonders bevorzugt ist dabei ein Spannungsniveau von 24 V, 36 V bzw. von 42 V. Damit ist ein funktionssicherer Betrieb des Elektromotors für einen funktionssicheren Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregates gewährleistet. Zudem kann der Elektro-Energiespeicher größenmäßig so gewählt werden, dass auch ein längerfristiger Betrieb des wenigstens einen Nebenaggregates bei einem Antrieb mit dem Elektromotor durch den Elektro-Energiespeicher sichergestellt werden kann. Grundsätzlich können auch aufgrund des relativ großen Elektro-Energiespeichers weitere Zusatzfunktionen des Kraftfahrzeuges, wie z. B. eine Vorwärmung von Betriebsmedien oder ein Komfortstart, mit Energie versorgt werden. Neben der für den Elektromotor bevorzugten Hochspannungsenergieversorgung von größer 12 V kann auch zusätzlich ein Niederspannungs-Elektro-Energiespeicher, wie z. B. eine 12 V-Batterie, vorgesehen sein, so dass auch regelmäßig in Kraftfahrzeugen eingesetzte 12 V-Verbraucher mit Energie versorgt werden können. Dabei kann zwischen den Hochspannungs- und Niederspannungs-Bordnetz ein Spannungswandler eingesetzt werden, der die Hochspannung auf 12 V reduziert. Durch die höhere Leistungsfähigkeit des Elektromotors aufgrund des hohen Spannungsniveaus kann bei einem Start der Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors mit einer höheren Drehzahl gestartet werden, wodurch die Startemissionen, insbesondere die Kohlenwasserstoffanteile, reduziert werden können. Ebenso ist auch ein sog. Impulsstart möglich, d. h., dass der Elektromotor bei geöffneter Kupplung auf eine hohe Drehzahl beschleunigt wird und mit dem Einkuppelvorgang ein Andrehen der Brennkraftmaschine mit der Unterstützung der rotatorischen Energie des Elektromotors mit den daran trieblich angebundenen Nebenaggregaten erfolgt. Zudem kann mit der Antriebsanordnung durch den Elektromotor bei geschlossener Kupplung und ausreichender Energie im Elektro-Energiespeicher der Hauptleistungstrieb, d. h. die Brennkraftmaschine unterstützt werden, was allg. als „Booster”-Funktion bezeichnet wird. Dieser Lastzustand kann von einer der Antriebsanordnung zugeordneten Energiemanagementeinrichtung gesteuert werden. Dadurch kann das verfügbare Radmoment an den angetriebenen Fahrzeugrädern zur Beschleunigung insbesondere im niedrigen Geschwindigkeits- und Drehzahlbereich gesteigert werden.
  • In einer konkreten Ausgestaltung nach Anspruch 6 können alle Nebenaggregate trieblich mit dem Elektromotor verbunden sein. Nur der Generator bleibt trieblich separat mit der Brennkraftmaschine verbunden, so dass die Energieversorgung des Elektromotors auch bei einem leeren Elektro-Energiespeicher durch den Generator sichergestellt ist. Als Nebenaggregate sind hier neben dem bereits erwähnten Klimakompressor beispielsweise eine Ölpumpe zur Versorgung eines hydraulischen Systems des Kraftfahrzeuges, eine Ölpumpe für die Brennkraftmaschine bzw. das Getriebe oder ein Druckluftkompressor anzuführen. Ist eine Mehrzahl von Nebenaggregaten trieblich mit dem Elektromotor verbunden, so können diese hintereinander an einer aus dem Elektromotor herausgeführten und von diesem angetriebenen Welle trieblich angebunden sein. Denkbar ist ebenso die Anordnung wenigstens einer weiteren Kupplung, so dass wahlweise ein Nebenaggregat aufgrund dieser zusätzlichen Kupplung ab- bzw. bei Bedarf wieder angekuppelt werden kann. Insgesamt gesehen kann bei geöffneter Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Elektromotor der Antrieb aller Nebenaggregate durch den Elektromotor sicherge stellt werden, wobei aber vorteilhaft dadurch kein Leistungsverlust an der Brennkraftmaschine aufgrund des Antriebs der Nebenaggregate auftritt.
  • Gemäß Anspruch 7 kann vom Elektromotor eine einzige Antriebswelle ausgehen, mittels der das wenigstens eine Nebenaggregat antreibbar ist. Sind alle Nebenaggregate so angeordnet, das eine mögliche Antriebsumschaltung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor erfolgen kann, so können alle Nebenaggregate an dieser einzigen Antriebswelle angeordnet sein. Grundsätzlich kann auch die Kupplung, die zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor angeordnet ist, mit an dieser Antriebswelle des Elektromotors vorgesehen sein. Damit ist insgesamt ein kompakter Aufbau der Antriebsanordnung im Bereich Elektromotor mit Nebenaggregaten einfach möglich.
  • Grundsätzlich kann auch gemäß Anspruch 8 wenigstens ein Nebenaggregat mittels eines Riementriebes und/oder mittels eines Kettentriebes und/oder mittels eines Zahnradantriebes mit einer Antriebswelle des Elektromotors verbunden sein. So kann die räumliche Anordnung der Nebenaggregate gegenüber dem Elektromotor relativ flexibel gestaltet werden, da durch die unterschiedlichen Möglichkeiten der trieblichen Verbindung zwischen Nebenaggregaten und Elektromotor unterschiedliche Anordnungen der Nebenaggregate einfach zu verwirklichen sind. Die triebliche Verbindung kann eine starre oder eine variable Übersetzung aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach Anspruch 9 kann von der Brennkraftmaschine ein Antriebsstrang zu einem Getriebe und von dort weiter bis zu wenigstens einem Fahrzeugrad geführt sein. Zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe kann in allgemein bekannter Weise eine Anfahrkupplung oder ein hydrodynamischer Momentenwandler angeordnet sein. Die triebliche Anbindung des Generators und/oder des Elektromotors an der Brennkraftmaschine ist dabei vor dieser Anfahrkupplung bzw. vor dem hydrodynamischen Momentenwandler angeordnet. Vom Getriebe ausgehend kann das Kraftfahrzeug in allgemein bekannter Weise mit einem Front-, Heck- oder Quattro-Antrieb ausgestattet sein. Der Leistungspfad von der Brennkraftmaschine über das Getriebe hin zu den Fahrzeugrädern kann als Hauptleistungstrieb definiert werden, wobei der Leistungspfad von der Brennkraftmaschine weg hinter der Kupplung, die zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor angeordnet ist, als Nebenleistungstrieb bezeichnet werden kann. Neben dem Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregates kann durch den Elektromotor bei geschlossener Kupplung auch ein Leistungseintrag vom Nebenleistungstrieb in den Hauptleistungstrieb erfolgen.
  • Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruch 10 kann die Regel-/Steuereinrichtung mit wenigstens einer Sensoreinrichtung verbunden sein, mittels der wenigstens eine klimatische Randbedingung ermittelbar ist. Dabei kann insbesondere die Umgebungslufttemperatur und/oder die Fahrzeuginnenraumtemperatur mittels der Sensoreinrichtung ermittelt werden für eine optimale Regelung/Steuerung der Klimaanlage.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 11 kann der Regel-/Steuereinrichtung eine Energiemanagementeinrichtung zugeordnet sein, mittels der ein Energiespeicher-Ladezustand des Elektro-Energiespeichers ermittelbar ist. Damit kann sichergestellt werden, dass bei einem Betrieb des Elektromotors und dem damit verbundenen Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregates mittels des Elektromotors ein „Leersaugen” des Elektro-Energiespeichers verhindert ist, so dass im Elektro-Energiespeicher zu jedem Zeitpunkt beispielsweise für einen Start der Brennkraftmaschine ausreichend elektrische Energie vorhanden ist. Wird beim Betrieb des Elektromotors beispielsweise ein vorgegebener Schwellwert bezüglich des Energiespeicher-Ladezustandes unterschritten, so wird mittels der Regel-/Steuereinrichtung die Energieversorgung des Elektromotors vom Elektro-Energiespeicher auf den an der Brennkraftmaschine trieblich angebundenen Generator umgeschalten.
  • Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
  • Ein Verfahren zum Betreiben einer o. a. Antriebsanordnung kann folgende Verfahrensschritte aufweisen: in Abhängigkeit vorgebbarer Fahr- und Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges wird mittels der Regel-/Steuereinrichtung die Kupplung geöffnet oder geschlossen, so dass das wenigstens eine Nebenaggregat bei geschlossener Kupplung durch die Brennkraftmaschine und bei offener Kupplung durch den Elektromotor angetrieben wird.
  • Dabei wird der eingeschaltete Elektromotor in Abhängigkeit vorgebbarer energetischer Parameter über den Generator und/oder über den Elektro-Energiespeicher mit Energie versorgt. Weiter wird ein Energiespeicher-Ladezustand des dem Elektromotor zugeordneten Elektro-Energiespeichers mittels einer mit der Regel-/Steuereinrichtung gekoppelten Energiemanagementeinrichtung ermittelt.
  • Vorteilhaft bei diesem Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung ist, dass sowohl die Brennkraftmaschine als auch das wenigstens eine Nebenaggregat jeweils in Abhängigkeit der aktuellen Fahr- und Betriebsparameter optimal betrieben werden kann. So kann beispielsweise bei relativ hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine die Kupplung geöffnet werden und der Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats von der Brennkraftmaschine auf den Elektromotor umgeschalten werden, so dass das wenigstens eine Nebenaggregat bezüglich seiner Auslegung auf eine niedrigere Maximaldrehzahl ausgelegt und damit kostengünstiger aufgebaut sein kann. Auch können die Fahr- und Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges durch Verbrauchs- und/oder Emissionsparameter der Brennkraftmaschine gebildet werden, so dass durch das antriebsmäßige Ab- bzw. Ankuppeln des wenigstens einen Nebenaggregats eine Regelung/Steuerung mittels der Regel-/Steuereinrichtung möglich ist, die eine Verbesserung der Verbrauchs- und/oder Emissionswerte zur Folge hat.
  • Zudem kann beispielsweise in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Kapazität des Elektro-Energiespeichers, der bevorzugt durch eine Hochspannungs-Batterie mit einem Spannungsniveau von größer 12 V gebildet ist, eine Umschaltung der Energieversorgung vom Elektro-Energiespeicher auf den Generator erfolgen. Grundsätzlich ist durch dieses Betriebsverfahren der Antriebsanordnung sichergestellt, dass bei einem aufgrund der aktuellen Fahr- und Betriebsparameter gewählten Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregates durch den Elektromotor dieser eine funktionssichere Energieversorgung entweder durch den Elektro-Energiespeicher und/oder den Generator aufweist.
  • Bei einer Energieversorgung des Elektromotors über den Elektro-Energiespeicher wird bei einem ermittelten Energiespeicher-Ladezustand kleiner eines vorgegebenen Minimal-Ladeschwellwertes auf eine Energieversorgung des Elektromotors über den Generator umgeschalten oder durch Schließen der Kupplung auf einen Antrieb mittels der Brennkraftmaschine umgeschalten. Zudem wird mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung sichergestellt, dass ein „Leersaugen” des Elektro-Energiespeichers durch den Elektromotor verhindert ist. Der Minimal-Ladeschwellwert kann dabei so gewählt werden, dass zu diesem Zeitpunkt die Kapazität des Elektro-Energiespeichers beispielsweise für ein Starten der Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors noch ausreichend ist.
  • Gemäß Anspruch 13 kann bei geschlossener Kupplung und eingeschalteter Brennkraftmaschine der Elektromotor mittels der Brennkraftmaschine als Generator antreibbar sein für eine Energieaufladung des Elektro-Energiespeichers. So kann im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges, in dem die Antriebsanordnung angeordnet ist, der Elektro-Energiespeicher durch ein regeneratives generatorisches Bremsen mit dem dann als Generator wirkenden Elek tromotor aufgeladen werden. Grundsätzlich kann auch durch eine Lastpunktanhebung der Brennkraftmaschine ein Aufladen des Elektro-Energiespeichers über den als Generator wirkenden Elektromotor erfolgen. Für den Einsatz des Elektromotors als Generator kann dieser mit einem Gleichrichter gekoppelt sein, mittels dem der erzeugte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden kann. Zudem kann auch eine Aufladung des Elektro-Energiespeichers über den trieblich an der Brennkraftmaschine angeordneten Generator durchgeführt werden.
  • Des weiteren kann gemäß Anspruch 14 der Elektromotor bei geschlossener Kupplung als Starter für die Brennkraftmaschine einsetzbar sein. So kann beispielsweise bei Fahrtantritt des Kraftfahrzeuges die Brennkraftmaschine über den Elektromotor gestartet werden, wobei bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine die Kupplung beispielsweise in Abhängigkeit von Verbrauchs- und/oder Emissionsparametern als Fahr- und/oder Betriebsparametern geöffnet wird, so dass das wenigstens eine Nebenaggregat nun über den Elektromotor angetrieben wird. Die Energieversorgung des Elektromotors kann wahlweise über den Elektro-Energiespeicher oder über den an der Brennkraftmaschine trieblich angebundenen Generator erfolgen. Durch diese antriebsmäßige Abkopplung des wenigstens einen Nebenaggregates von der Brennkraftmaschine kann beispielsweise eine Reduzierung der Rohemissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine erzielt werden. Insgesamt kann die Regelung/Steuerung der Kupplung und damit die Entscheidung, ob das wenigstens eine Nebenaggregat von der Brennkraftmaschine oder vom Elektromotor angetrieben wird, durch ein Emissionskennfeld und/oder ein Verbrauchskennfeld der Brennkraftmaschine vorgegeben sein.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 15 kann das Kraftfahrzeug eine Klimaanlage mit einem Klimakompressor aufweisen, wobei die Klimaanlage mit der Regel-/Steuereinrichtung verbunden ist. Das vom Elektromotor oder von der Brennkraftmaschine antreibbare Nebenaggregat ist durch den Klima kompressor gebildet. Somit kann bei abgeschalteter Brennkraftmaschine und eingeschalteter Klimaanlage die Kupplung mittels der Regel-/Steuereinrichtung öffenbar sein, so dass der Klimakompressor mittels des Elektromotors antreibbar ist. Damit ist trotz abgeschalteter Brennkraftmaschine eine Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums möglich, da der Klimakompressor im sogenannten Nebenleistungstrieb bei offener Kupplung durch den Elektromotor angetrieben wird. Grundsätzlich kann die Klimaanlage bzw. der Klimakompressor mit einer separaten Klima-Regel-/Steuereinheit zur Regelung/Steuerung der Klimaanlage verbunden sein, so dass die Regel-/Steuereinrichtung in der Art eines Energiemanagers eingesetzt ist, der in Abhängigkeit der vorgebbaren Fahr- und Betriebsparameter bzw. der vorgebbaren energetischen Parameter insbesondere eine Schaltung der Kupplung durchführt für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine und der Nebenaggregate. Die Lastanforderung an den Elektromotor kann dabei vom Energiemanagement aufgrund einer Vielzahl von Faktoren bestimmt werden, wie z. B. durch den Ladezustand des Elektro-Energiespeichers, eine Lastpunktanhebung oder durch die Anforderung der Nebenaggregate. Die Lastanforderung an den Klimakompressor wird durch die Klimasteuerung vorgegeben. Ob diese Lastanforderung durch den Elektromotor und/oder durch die Brennkraftmaschine erfolgt entscheidet das Energiemanagement.
  • Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
  • In der einzigen Figur ist schematisch eine Antriebsanordnung 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Zur Ausbildung eines Hauptleistungstriebes ist an die Brennkraftmaschine 2 anschließend ein Getriebe 3 vorgesehen, wobei zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Getriebe 3 eine hier nicht näher dargestellte Anfahrkupplung oder ein hydrodynamischer Momentenwandler angeordnet sein können. Vom Getriebe 3 ausgehend sind in allgemein bekannter Weise Antriebswellen 4 und 5 angeordnet, wobei die Antriebswellen 4 beispielsweise zu den Vorderrädern und die Antriebswelle 5 über ein hier nicht mehr mit dargestelltes Differenzial zu den Hinterrädern des Kraftfahrzeuges, in dem die Antriebsanordnung 1 eingebaut ist, geführt sein können.
  • An der dem Getriebe 3 gegenüberliegenden Stirnseite 6 der Brennkraftmaschine 2 ist ein Riementrieb 7 vorgesehen, mittels dem ein Generator 8 und ein Elektromotor 9 trieblich mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden sind. D. h., dass an der Stirnseite 6 der Brennkraftmaschine 2 eine Riemenscheibe 10 vorgesehen ist, die mittels der Brennkraftmaschine 2 über die Kurbelwelle drehantreibbar ist. Am Generator 8 bzw. am Elektromotor 9 ist ebenfalls jeweils eine Riemenscheibe 11 und 12 vorgesehen, die mittels eines Riemens 13 trieblich miteinander verbunden sind. Zwischen der Riemenscheibe 12 und dem Elektromotor 9 ist eine Kupplung 14 vorgesehen, mittels der der Elektromotor 9 von der Brennkraftmaschine 2 ab- und angekuppelt werden kann.
  • Für eine Energieversorgung ist der Elektromotor 9 mit einem Elektro-Energiespeicher 15 und mit dem Generator 8 verbunden. Zudem ist der Elektro-Energiespeicher 15 mit dem Generator 8 elektrisch verbunden, wobei die elektrischen Leitungen in 1 schematisch mit strichlierten Linien eingezeichnet sind.
  • Eine dem Elektromotor 9 zugeordnete Welle 16 weist einenends die Riemenscheibe 12 mit dazwischengeschalteter Kupplung 14 auf, wobei anderenends drei Nebenaggregate 17 bzw. 17', wie beispielsweise ein Klimakompressor oder Ölpumpen, mit der Welle 16 trieblich verbunden sind. Durch den Elektromotor 9 mit der Welle 16 und den damit antreibbaren Nebenaggregaten 17 bzw. 17' ist ein Nebenleistungstrieb ausgebildet, der mittels der Kupplung 14 an den Hauptleistungstrieb an- bzw. abgekoppelt werden kann.
  • Des weiteren weist die Antriebsanordnung 1 eine Regel-/Steuereinrichtung 18 auf, die mit der Brennkraftmaschine 2, dem Elektromotor 9, dem Generator 8, dem Elektro-Energiespeicher 15 und der Kupplung 14 verbunden ist. Damit kann in Abhängigkeit vorgebbarer Fahr- und Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges die Kupplung 14 geöffnet oder geschlossen werden, so dass der Antrieb der Nebenaggregate 17 bzw. 17' bei geschlossener Kupplung 14 durch die Brennkraftmaschine 2 und bei offener Kupplung 14 durch den Elektromotor 9 erfolgt. Zudem wird die Energieversorgung des Elektromotors 9 in Abhängigkeit von vorgebbaren energetischen Parametern über den Generator 8 und/oder über den Elektro-Energiespeicher 15 durchgeführt. Die Regel-/Steuereinrichtung 18 kann mit einer hier nicht näher dargestellten Energiemanagementeinrichtung gekoppelt sein, mittels der der Energiespeicher-Ladezustand des Elektro-Energiespeichers 15 ermittelt werden kann. Dadurch ist eine funktionssichere Energieversorgung des Elektromotors 9 entweder über den Elektro-Energiespeicher 15 oder über den Generator 8 möglich. Ist die Kupplung 14 geschlossen, so wird einerseits der Antrieb der Nebenaggregate 17 bzw. 17' durch die Brennkraftmaschine 2 bewerkstelligt, und andererseits kann der Elektromotor 9 als Generator eingesetzt werden, so dass dadurch eine Aufladung des Elektro-Energiespeichers 15 erfolgt. Grundsätzlich kann auch über den Generator 8 eine Aufladung des Elektro-Energiespeichers 15 durchgeführt werden.
  • Der Elektro-Energiespeicher 15 ist bevorzugt als Hochspannungs-Batterie mit einem Spannungsniveau von größer 12 V ausgebildet. Um üblicherweise in einem Kraftfahrzeug vorhandene Niederspannungs-Verbraucher 21, beispielsweise 12 V-Verbraucher, ebenfalls elektrisch versorgen zu können, ist ein Spannungswandler 19 vorgesehen, der einerseits elektrisch mit dem Generator 8 und andererseits aus Regelungs-/Steuerungsgründen mit der Regel-/Steuereinrichtung 18 verbunden ist. Zudem ist eine Leitungsverbindung zwischen dem Hochspannungs-Elektro-Energiespeicher 15 und dem Spannungswandler 19 vorgesehen, so dass auch Energie vom Hochspannungs-Elektro-Energiespeicher 15 in das Niederspannungsnetz geleitet werden kann. Des weiteren kann ein Niederspannungselektro-Energiespeicher 20 vorgesehen sein, an dem Niederspannungs-Verbraucher 21 angeschlossen sind. Die elek trischen Niederspannungs-Leitungen sind schematisch mit strichpunktierten Linien in 1 eingezeichnet. Kann der Generator 8 spannungsgeregelt betrieben werden, so kann auch Energie vom Generator 8 direkt in das Niederspannungsnetz eingespeist werden, was mit einer Leitungsverbindung (strichpunktierte Linie) zwischen dem Generator und dem Niederspannungsnetz in 1 eingezeichnet ist.
  • An der Regel-/Steuereinrichtung 18 kann zudem wenigstens eine Sensoreinrichtung 22 angebunden sein, mittels der beispielsweise die Umgebungslufttemperatur oder die Fahrzeuginnenraumtemperatur ermittelt werden kann. Ist eines der Nebenaggregate durch einen Klimakompressor 17' gebildet, der Bestandteil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeuges ist, so kann hierüber eine Steuerung der Klimaanlage aufgrund der ermittelten Lufttemperaturen durchgeführt werden. Der Antrieb des Klimakompressors 17' kann wahlweise über die Brennkraftmaschine 2 oder über den Elektromotor 9 erfolgen, wobei diese Entscheidung aufgrund von aktuellen Fahr- und Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges getroffen werden kann. So kann beispielsweise zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine die Kupplung 14 bei bestimmten Lastzuständen der Brennkraftmaschine 2 geöffnet werden, so dass dadurch die Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine 2 sinken. In diesem Fall erfolgt der weitere Antrieb des Klimakompressors 17' bzw. aller am Elektromotor 9 trieblich angebundenen Nebenaggregate 17 weiter durch den Elektromotor 9. Ebenso ist eine sogenannte Standklimatisierung möglich, d. h., dass bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine 2 der Klimakompressor 17' durch den Elektromotor 9 angetrieben werden kann, so dass trotz der ausgeschalteten Brennkraftmaschine 2 eine Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums möglich ist. Des weiteren ist mit der Regel-/Steuereinrichtung 18 ein Knotenpunkt 23 für eine Verbindung in den Daten-BUS des Kraftfahrzeuges vorgesehen.

Claims (15)

  1. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (2), die trieblich mit einem Generator (8) und einem Elektromotor (9) verbunden ist, wobei der Elektromotor (9) mittels einer schaltbaren Kupplung (14) von der Brennkraftmaschine (2) ab- und ankuppelbar ist, wobei der Elektromotor (9) trieblich mit wenigstens einem Nebenaggregat (17), insbesondere einem Klimakompressor (17'), verbunden ist, und wobei die Antriebsanordnung (1) eine Regel-/Steuereinrichtung (18) aufweist, die mit der Brennkraftmaschine (2), dem Elektromotor (9), dem Generator (8) und der Kupplung (14) verbunden ist dergestalt, dass in Abhängigkeit vorgebbarer Fahr- und Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges die Kupplung (14) öffenbar oder schließbar ist, so dass ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregates (17, 17') bei geschlossener Kupplung (14) durch die Brennkraftmaschine (2) und bei offener Kupplung (14) durch den Elektromotor (9) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (9) einerseits mit dem Generator (8) und andererseits mit einem Elektro-Energiespeicher (15) elektrisch verbunden ist, so dass über diese der Elektromotor (9) einzeln oder gleichzeitig in Abhängigkeit von vorgebbaren energetischen Parametern mit Energie versorgbar ist, wobei der Elektro-Energiespeicher (15) ebenfalls mit der Regel-/Steuereinrichtung (18) verbunden ist.
  2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (8) und/oder der Elektromotor (9) mittels eines Riementriebes (7) und/oder mittels eines Kettentriebes und/oder mittels eines Zahnradantriebes mit der Brennkraftmaschine (2) verbunden sind, und dass die triebliche Verbindung, vorzugsweise variabel, gestuft oder stufenlos ausgebildet ist.
  3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb (7) an einer Stirnseite (6) der Brennkraftmaschine (2) an einer Kurbelwelle eine drehfest angeordnete Riemenscheibe (10) aufweist, die mittels eines Riemens (13) mit einer Riemenscheibe (11; 12) des Generators (8) und/oder des Elektromotors (9) verbunden ist.
  4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (14) zwischen der dem Elektromotor (9) zugeordneten Riemenscheibe (12) und dem Elektromotor (9) angeordnet ist oder zwischen der an der Kurbelwelle angeordneten Riemenscheibe (10) und der Brennkraftmaschine (9) angeordnet ist.
  5. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Elektromotor (9) zugeordnete Elektro-Energiespeicher (15) als Hochspannungs-Elektro-Energiespeicher ein Spannungsniveau von größer 12 V aufweist.
  6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Nebenaggregate (17, 17') trieblich mit dem Elektromotor (9) verbunden sind.
  7. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vom Elektromotor (9) eine einzige Antriebswelle (16) ausgeht, mittels der das wenigstens eine Nebenaggregat (17, 17'), vorzugsweise alle Nebenaggregate, antreibbar ist.
  8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenaggregat mittels eines Riementriebes und/oder mittels eines Kettentriebes und/oder mittels eines Zahnradantriebes mit einer Antriebswelle des Elektromotors verbunden ist.
  9. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Brennkraftmaschine (2) ein Antriebsstrang zu einem Getriebe (3) und von dort weiter bis zu wenigstens einem Fahrzeugrad geführt ist.
  10. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/Steuereinrichtung (18) mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (22) verbunden ist, mittels der wenigstens eine klimatische Randbedingung, insbesondere die Umgebungslufttemperatur und/oder die Fahrzeuginnenraumtemperatur, ermittelbar ist.
  11. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Regel-/Steuereinrichtung (18) eine Energiemanagementeinrichtung zugeordnet ist, mittels der ein Energiespeicher-Ladezustand des Elektro-Energiespeichers (15) ermittelbar ist.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11, bei dem mittels der Regel-/Steuereinrichtung (18) in Abhängigkeit vorgebbarer Fahr- und Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges die Kupplung (14) geöffnet oder geschlossen wird, so dass das wenigstens eine Nebenaggregat (17, 17') bei geschlossener Kupplung (14) durch die Brennkraftmaschine (2) und bei offener Kupplung (14) durch den Elektromotor (9) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschaltete Elektromotor (9) in Abhängigkeit vorgebbarer energetischer Parameter über den Generator (8) und/oder über den Elektro-Energiespeicher (15) mit Energie versorgt wird, dass mittels einer mit der Regel-/Steuereinrichtung (18) gekoppelten Energiemanagementeinrichtung ein Energiespeicher-Ladezustand des dem Elektromotor (9) zugeordneten Elektro-Energiespeichers (15) ermittelt wird, und dass bei einer Energieversorgung des Elektromotors (9) über den Elektro-Energiespeicher (15) bei einem ermittelten Energiespeicher-Ladezustand kleiner eines vorgegebenen Minimal-Ladeschwellwertes auf eine Energieversorgung des Elektromotors (9) über den Generator (8) umgeschalten wird oder durch Schließen der Kupplung (14) auf einen Antrieb mittels der Brennkraftmaschine (2) umgeschalten wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Kupplung (14) und eingeschalteter Brennkraftmaschine (2) der Elektromotor (9) mittels der Brennkraftmaschine (2) als Generator angetrieben wird für eine Energieaufladung des Elektro-Energiespeichers (15).
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Kupplung (14) der Elektromotor (9) als Starter für die Brennkraftmaschine (2) einsetzbar ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Klimaanlage mit einem Klimakompressor (17') aufweist, die mit der Regel-/Steuereinrichtung (18) verbunden ist, dass das vom Elektromotor (9) oder von der Brennkraftmaschine (2) antreibbare Nebenaggregat durch den Klimakompressor (17') gebildet ist, und dass bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (2) und eingeschalteter Klimaanlage die Kupplung (14) mittels der Regel-/Steuereinrichtung (18) geöffnet wird, so dass der Klimakompressor (17') mittels des Elektromotors (9) angetrieben wird.
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