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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
gattungsgemäße Antriebsanordnung sowie
ein gattungsgemäßes Verfahren
sind aus der
DE
10 2004 041 161 A1 bekannt.
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Ferner
ist es aus der
DE
100 36 793 A1 bekannt, einen Elektromotor eines Klimakompressors mittels
eines Generators anzutreiben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe bezüglich
des Verfahrens wird gelöst
mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand
einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.