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Die
Erfindung betrifft einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Werden
Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimakompressoren, Lüfter, Lenkhelfpumpen
oder Öl-
und Wasserpumpen, in Kraftfahrzeugen verwendet, bei denen die Nebenaggregate
mit einer Drehzahl proportional zur Drehzahl des Verbrennungsmotors
angetrieben werden, so müssen
diese über
einen breiten Drehzahlbereich, bei Ottomotoren beispielsweise von
600 bis 6000 U/min, also ein Faktor 10 beim Verhältnis von Höchstdrehzahl zu Niedrigstdrehzahl,
die an sie gestellten Anforderungen erfüllen. Dies führt dazu,
dass beispielsweise eine Wasserpumpe, die einen ausreichenden Kühlmittelfluss im
Leerlauf des Verbrennungsmotors liefern muss, bei höheren Verbrennungsmotordrehzahlen
eine unnötig
hohe Kühlmittelmenge
fördert
und damit erhebliche Verluste verursacht. Andere Nebenaggregate wiederum
bringen beim Leerlauf marginale Leistung und werden selten im optimalen
Betriebsbereich betrieben.
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Um
Nebenaggregate bei Stillstand des Verbrennungsmotors antreiben zu
können,
ist bekannt, einen separaten Elektromotor vorzusehen, der den Nebenabtrieb
des Verbrennungsmotors über
einen Freilauf antreibt.
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Ein
Freilauf ist eine Vorrichtung, die einen Teil eines Antriebsstranges
von der Drehbewegung entkoppelt, wenn sich die Lastverhältnisse ändern. Ein
Freilauf kann beispielsweise als Rollenfreilauf, Lamellenfreilauf
oder Klemmkörperfreilauf
ausgeführt
sein. Ein Klemmkörperfreilauf
besteht aus einem Innenring, einem Außenring und aus in einem Käfig gelagerten
Klemmkörpern.
Bei einem Antrieb durch den Innenring drücken Federn die Klemmkörper leicht
zwischen den Innenring und den Außenring, so dass sich die Klemmkörper abhängig von
deren Drehung in ihren Aufnahmeräumen
verschieben. Weil sich die Aufnahmeräume der Klemmkörper von den
Federn weg verjüngen,
ist das übertragene Drehmoment
größer, je
weiter der Innenring gegenüber
dem Außenring
verdreht wird. Durch passende Auswahl des Anstellwinkels des sich
ausbildenden Klemmkeiles ist die Ausführung auch bei bester Schmierung – physikalisch
bedingt – absolut
rutschsicher, es herrscht der Zustand der Selbsthemmung. Der Verjüngungswinkel
muss dazu so gewählt
werden, dass er kleiner oder gleich dem Arcustangens der Gleitreibungszahl μ ist. Dreht
sich die Drehrichtung um oder ist die äußere Drehzahl größer als
die innere Drehzahl, rollen die Klemmkörper in Richtung der Feder,
die Klemmung wird aufgehoben.
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Elektromaschinen,
die sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden, weisen
ebenfalls die Problematik auf, dass sie im motorischen Betrieb eine
andere Übersetzung
als im Generatormodus benötigen.
Dies führt
zumeist zu einer Überdimensionierung
der Elektromaschinen. Beispielsweise benötigen Starter-Generatoren im
Starter-Modus eine höhere Übersetzung
als im Generatormodus, was zu einer überdimensionierten Auslegung
für den Starterbetrieb
führt.
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Ebenso
sind elektrische Nebenaggregate bekannt, die insbesondere bei Hybridfahrzeugen
verwendet werden, da hier ausreichend elektrische Energie zur Versorgung
der Nebenaggregate vorhanden ist. Diese sind jedoch teuer.
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Aus
der
DE 43 33 907 C2 ist
ein Nebenaggregateantrieb für
ein Kraftfahrzeug mit einem Überlagerungsgetriebe
mit einer Eingangsbasis und zwei Ausgangsbasen bekannt, wobei die
Eingangsbasis mit einem Verbrennungsmotor, die erste Ausgangsbasis
mit einem Nebenaggregatverbund und die zweite Ausgangsbasis mit
einer als Generator betriebenen Induktionsmaschine in Drehverbindung
steht. Die Drehzahl des Nebenaggregatverbunds ist durch das Überlagerungsgetriebe
derart stufenlos steuerbar, dass sie sich in einem gleichmäßigen und
möglichst
idealen Bereich befindet. Allerdings ist im stufenlosen Betrieb
die generatorische Leistung der Induktionsmaschine wegen der Abhängigkeit
von dem Drehmomentbedarf des Nebenaggregatverbunds nur eingeschränkt steuerbar.
Um von einem Betrieb mit stufenloser Übersetzung in einen Betrieb
mit direkter Übersetzung
zu gelangen, müssen
nachteilig mehrere Kupplungen geschaltet werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 vorzuschlagen, der sowohl beim Starten des Verbrennungsmotors
als auch beim Antreiben des Fahrzeuges durch die erste Elektromaschine
einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demgemäß weist
der Nebenaggregatantrieb zwei Planetenradsätze, die mit ihren Achsen im
Planetenradträger
gelagert sind, ein zweites Hohlrad, das durch eine erste Bremse gegenüber einem
Gehäuseteil
festgehalten werden kann, wobei der erste Planetenradsatz mit dem
ersten Hohlrad und dem Sonnenrad kämmt und der zweite Planetenradsatz
mit dem zweiten Hohlrad und dem ersten Planetenradsatz kämmt, eine
erste Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten Elektromaschine
koppelbar ist, und einen ersten Freilauf auf, durch den der Planetenradträger nur in
eine Drehrichtung drehbar ist.
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Bei
der Verwendung einer ersten Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor
mit der ersten Elektromaschine koppelbar ist, kann die erste Elektromaschine
den Verbrennungsmotor direkt antreiben, wodurch der Wirkungsgrad
erhöht
wird und das Planetengetriebe, insbesondere bei einem Warmstart
des Verbrennungsmotors, geschont wird. Ebenso ist hierdurch bei
geschlossener erster Kupplung die generatorische Leistung der ersten
Elektromaschine nicht von dem Drehmomentbedarf des mindestens einen
Nebenaggregats abhängig.
Dies führt zu
dem Vorteil, dass die erste Elektromaschine unabhängig von
dem Nebenaggregat generatorisch oder motorisch steuerbar ist, und
somit ein Boostbetrieb durch ein zusätzliches Antriebsmoment der
ersten Elektromaschine möglich
ist. Des Weiteren ermöglicht
das Schalten der ersten Kupplung einen einfachen Wechsel zwischen
einem stufenlosen Betrieb und einem direkten Betrieb.
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Weist
der Nebenaggregatantrieb einen ersten Freilauf auf, durch den der
Planetenradträger
des Planetengetriebes nur in eine Drehrichtung drehbar ist, so ist
es möglich,
auch wenn sich der Verbrennungsmotor im Stillstand befindet, das
erste Hohlrad, das mit mindestens einem Nebenaggregat im Leistungsaustausch
steht, anzutreiben. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen, die rein
elektrisch angetrieben werden können,
von Vorteil, da hier beispielsweise die Lenkhelfpumpe der Servolenkung
angetrieben werden muss. In bevorzugter Weise werden hierbei die
Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimaanlage und Servolenkung,
derart betrieben, dass beispielsweise während einer erhöhten Lenkhelfpumpenleistung
die Leistung des Klimakompressors reduziert wird. Hierdurch kann
die Summe der erforderlichen Leistung für Nebenaggregate begrenzt werden.
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Weist
der Nebenaggregatantrieb ein erweitertes Planetengetriebe mit zwei
Planetenradsätzen und
zwei Hohlrädern
auf, wobei nur der erste Planetenradsatz mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes
sowie dem ersten Hohlrad kämmt
und der zweite Planetenradsatz mit dem ersten Planetenradsatz und dem
zweiten Hohlrad kämmt,
so kann eine erste Bremse, durch die das zweite Hohlrad gegenüber einem
Gehäuseteil
festgehalten werden kann, vorteilhaft als Startkupplung dienen.
Hierbei kann bei laufendem Nebenaggregatantrieb durch eine Startübersetzung
mittels der ersten Elektromaschine der Verbrennungsmotor gestartet
werden. Dieser Verbrennungsmotorstart zeichnet sich durch geringe
Vibrationen aus.
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Das
Planetengetriebe ermöglicht
vorteilhaft
- – ein höheres Drehmoment beim Starten
des Verbrennungsmotors durch die erste Elektromaschine bei geöffneter
erster Kupplung, insbesondere beim Kaltstart,
- – eine
Drehmomentverteilung zwischen Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine
beim Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats, insbesondere wenn
sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, und
- – eine
stufenlose Steuerung des Nebenaggregatantriebs, wodurch der Betriebsbereich
des mindestens einen Nebenaggregats in Bezug auf sein Drehzahlspektrum
reduziert werden kann.
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Durch
den erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb
können
vorteilhaft die folgenden Funktionalitäten eines Hybridantriebsstranges
realisiert werden:
- – Generatorfunktion durch generatorischen
Betrieb der ersten Elektromaschine (eine Lichtmaschine eines Fahrzeuges
mit konventionellen Antrieb wird nicht mehr benötigt),
- – Start/Stopp-Funktionalität durch
Starten des Verbrennungsmotors mittels der ersten Elektromaschine,
- – Boostfunktion
durch zusätzliches
Antriebsmoment der ersten Elektromaschine und
- – Antrieb
des mindestens einen Nebenaggregats durch die erste Elektromaschine
bei Stillstand des Verbrennungsmotors.
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Der
zweite Freilauf, durch den das erste Hohlrad des Planetengetriebes,
das mit mindestens einem Nebenaggregat im Leistungsaustausch steht, nur
in eine Drehrichtung drehbar ist, ermöglicht vorteilhaft eine Übersetzung,
und damit eine Drehmomentmultiplikation, beim Starten des Verbrennungsmotors
durch die erste Elektromaschine, insbesondere bei einem Kaltstart.
Hierdurch ist vorteilhaft ein Start des Verbrennungsmotors möglich, bei
dem der Verbrennungsmotor auf seine Leerlaufdrehzahl beschleunigt
wird, bevor der Einspritzvorgang beginnt. Dies führt gegenüber einem konventionellen Verbrennungsmotorstart
zu verringerten Abgasemissionen sowie zu einem bezüglich des
Komforts verbesserten Startvorgang, was insbesondere bei einem Start/Stopp-Betrieb
von großem
Vorteil ist.
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Eine
Ausführung
der ersten Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten
Elektromaschine koppelbar ist, als Fliehkraftkupplung führt zu deutlichen Kostenvorteilen.
Wobei die Möglichkeiten, in
jedem Betriebsbereich das mindestens eine Nebenaggregat stufenlos
und bedarfsgerecht anzutreiben und auch die Begrenzung der Höchstdrehzahl
entfallen.
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Weist
der Nebenaggregatantrieb eine zweite Bremse auf, durch die das erste
Element des Planetengetriebes gegenüber einem Gehäuseteil
festgehalten werden kann, so ist es möglich, die Drehzahl des mindestens
einen Nebenaggregats zu erhöhen. Dies
ist bei niedrigen Verbrennungsmotordrehzahlen besonders vorteilhaft,
insbesondere wenn ein Fahrzeugtriebstrang eine weitere Elektromaschine
zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung
hervor. Konkrete Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nebenaggregatantriebs mit
einem erweiterten Planetengetriebe, einer ersten Kupplung zur Kopplung
einer ersten Elektromaschine und eines Verbrennungsmotors und einem
ersten Freilauf zur Bestimmung der Drehrichtung des Planetenradträgers;
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2 eine
Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats,
des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim Starten
des Verbrennungsmotors bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß 1;
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3 eine
Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats,
des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim weiteren
Betrieb des Nebenaggregatantriebs gemäß 1;
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4 eine
schematische Darstellung des Nebenaggregatantriebs nach 1 mit
einem zweiten Freilauf zur Bestimmung der Drehrichtung des ersten
Hohlrades;
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5 eine
Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats,
des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim Starten
des Verbrennungsmotors bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß 4;
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6 eine
schematische Darstellung des Nebenaggregatantriebs nach 1 mit
einer zusätzlichen
zweiten Bremse zum Festhalten des Sonnenrades;
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7 eine
Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats,
des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine bei einem
Nebenaggregatantrieb gemäß 6;
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8 eine
schematische Darstellung des Nebenaggregatantriebs nach 1,
wobei der Planetenradträger über eine
zweite Kupplung mit einer Eingangswelle eines Fahrgetriebes verbindbar
ist, die zudem mit einer zweiten Elektromaschine im Leistungsaustausch
steht; und
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9 eine
schematische Darstellung des Nebenaggregatantriebs nach 4,
wobei der Planetenradträger über eine
zweite Kupplung mit einem dritten Hohlrad eines Triebstrangplanetengetriebes verbindbar
ist.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb
mit einem erweiterten Planetengetriebe P mit einem Sonnenrad S,
zwei Planetenradsätzen
PR1, PR2 und zwei Hohlrädern
H1, H2, wobei das zweite Hohlrad H2 durch eine erste Bremse BS gegenüber einem
Gehäuseteil
festgehalten werden kann.
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Die
Planeten der beiden Planetenradsätze PR1,
PR2 sind mit ihren Achsen jeweils in einem Planetenradträger PT gelagert.
Die Planeten des ersten Planetenradsatzes PR1 kämmen mit dem Sonnenrad S und
dem ersten Hohlrad H1 sowie mit den Planeten des zweiten Planetenradsatzes
PR2. Die Planeten des zweiten Planetenradsatzes PR2 kämmen zudem
mit dem zweiten Hohlrad H2.
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Hierbei
stehen eine erste Elektromaschine EM1 mit dem Sonnenrad S, ein Verbrennungsmotor VM
mit dem Planetenradträger
PT und mindestens ein Nebenaggregat AG mit dem ersten Hohlrad H1
im Leistungsaustausch. Durch eine erste Kupplung KVE, beispielsweise
eine Lamellenkupplung, kann der Verbrennungsmotor VM mit der ersten
Elektromaschine EM1 gekoppelt werden.
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Des
Weiteren weist der Nebenaggregatantrieb einen ersten Freilauf FVG
auf, durch den der Planetenradträger
PT gegenüber
einem Gehäuseteil nur
in eine Drehrichtung drehbar ist. Dadurch ist es möglich, auch
wenn sich der Verbrennungsmotor VM im Stillstand befindet, den Antrieb
des mindestens einen Nebenaggregats AG durch die erste Elektromaschine
EM1 anzutreiben. Hierbei stützt
der erste Freilauf FVG – wie
durch die Gerade 1 der 2 dargestellt – das Moment
des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG ab.
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Dies
ist insbesondere bei Fahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben
werden können,
also so genannten Vollhybrid-Fahrzeugen,
von Vorteil, da hier beispielsweise die Lenkhelfpumpe der Servolenkung
angetrieben werden muss, während
das Fahrzeug rein elektrisch fährt.
In bevorzugter Weise werden hierbei die Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimaanlage
und Servolenkung, derart betrieben, dass beispielsweise während einer
erhöhten
Lenkhelfpumpenleistung die Leistung des Klimakompressors reduziert
wird. Hierdurch kann die Summe der gleichzeitigen Leistungsbedarfe
der Nebenaggregate begrenzt werden.
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Der
erste Freilauf FVG kann auch an anderer Stelle entlang der Abtriebswelle
des Verbrennungsmotors VM (Kurbelwelle) angeordnet sein, wenn dies beispielsweise
bezüglich
des zur Verfügung
stehenden Bauraums günstig
ist.
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Weitere
Vorteile durch die Abstützung
des Planetenradträgers
PT mittels des ersten Freilaufs FVG ergeben sich auch bei einem
Fahrzeug, das rein elektrisch angetrieben wird.
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2 verdeutlicht
die Drehzahlverhältnisse des
mindestens einen Nebenaggregats AG, des Verbrennungsmotors VM und
der ersten Elektromaschine EM1. Auf der vertikalen Achse sind die
Drehzahlen in Umdrehungen pro Minute aufgetragen. Die Abstände auf
der horizontalen Achse zwischen dem mindestens einen Nebenaggregat
AG, dem Verbrennungsmotor VM und der ersten Elektromaschine EM1
ergeben sich aus den Übersetzungen
des Planetengetriebes P so, dass sich die zu einem bestimmten Betriebspunkt
gehörenden
Drehzahlen durch eine Gerade verbinden lassen. Somit ergeben zwei
bekannte Drehzahlen die Drehzahl des dritten Elements.
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Soll
von einem Betriebszustand aus, wie ihn Gerade 1 der 2 zeigt,
wo also der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG durch
die erste Elektromaschine EM1 bei geöffneter erster Kupplung KVE
angetrieben wird, der Verbrennungsmotor VM gestartet werden, so
ist dies vorteilhaft bei laufendem Antrieb des mindestens einen
Nebenaggregats AG durch ein Schließen der ersten Kupplung KVE möglich. Dieser
Vorgang ist in 2 durch einen Pfeil von der
Geraden 1 zur Geraden 2 verdeutlicht.
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Hierbei
wäre allerdings
keine Übersetzung beim
Starten des Verbrennungsmotors VM gegeben. Des Weiteren kann es
beim Schließen
der ersten Kupplung KVE zu Einschränkungen bezüglich des Fahrkomforts kommen,
wobei zudem die Betriebsfestigkeit durch die hohe Beanspruchung
berücksichtigt
werden muss.
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Besonders
bevorzugt kann alternativ zum Starten des Verbrennungsmotors VM,
ohne dass der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG gestoppt
werden muss, die erste Bremse BS, die das zweite Hohlrad H2 festhält, als
Startkupplung verwendet werden. Ausgehend vom Zustand gemäß Gerade 1 wird
also die erste Bremse BS geschlossen, wodurch die Drehzahllinie 3 durch
den Punkt BS geht. Das zweite Hohlrad H2 steht also still. Dies
führt im
Gegensatz zu einer direkten Kopplung des Verbrennungsmotors VM mit
der ersten Elektromaschine EM1 durch die erste Kupplung KVE zu einer
Startübersetzung.
Dieser Verbrennungsmotorstart zeichnet sich zudem durch geringe
Vibrationen aus.
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Gerade 4 der 3 zeigt
einen Zustand, bei dem der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats
AG bedarfsgerecht, beispielsweise erst bei erhöhtem Leistungsbedarf der Lenkhelfpumpe
oder des Klimakompressors, durch die erste Elektromaschine EM1 unterstützt wird
und sich der Verbrennungsmotor VM im Leerlauf (ca. 600 U/min) befindet. Je
nach Konfiguration und Betriebszustand muss die erste Elektromaschine
EM1 in diesem Boostbetrieb lediglich 20–40% zur geforderten Leistung
beitragen. Hierbei ist die erste Kupplung KVE geöffnet.
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Unterschreitet
die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM die Leerlaufdrehzahl, beispielsweise
wenn das Fahrzeug zum Stehen kommt, so soll die erste Elektromaschine
EM1 vom generatorischen in den motorischen Betrieb wechseln.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 1 ergibt sich bei einer Drehzahl an der unteren Grenze
des Normalbetriebs des Verbrennungsmotors VM von 900 U/min und einer
stillstehenden ersten Elektromaschine EM1 für den Antrieb des mindestens
einen Nebenaggregats AG eine Drehzahl von 1200 U/min (Gerade 7 der 3).
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Oberhalb
dieser Drehzahl, dargestellt durch die Gerade 5, wird die
erste Kupplung KVE geschlossen, um so einen unabhängigen Generator-
bzw. Boostbetrieb zu ermöglichen.
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Unterhalb
dieser Drehzahl öffnet
sich bei einem Leistungsbedarf des mindestens einen Nebenaggregats
AG die erste Kupplung KEV und die Drehzahl des Antriebs des mindestens
einen Nebenaggregats AG wird über
die erste Elektromaschine EM1 so gesteuert, dass sie 1200 U/min
nicht unterschreitet. So wird der Betriebsdrehzahlbereich für die Nebenaggregate
nach unten hin beschränkt.
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Durch
diese stufenlose Steuerung des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats
AG lässt
sich ebenso die Höchstdrehzahl
des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG, wie beispielsweise
Gerade 6 zeigt, auf eine Drehzahl von 4500 U/min begrenzen.
Hierbei wird die erste Elektromaschine EM1 generatorisch betrieben,
wobei ihre Leistung vom Drehmomentbedarf des Antriebs des mindestens
einen Nebenaggregats AG abhängt. Diese
eingeschränkte
Steuerbarkeit kann beispielsweise durch eine weitere Elektromaschine
im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges auf Dauer ausgeglichen werden.
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Zudem
lässt sich
auf diese Art und Weise die Drehzahl des Antriebs des mindestens
einen Nebenaggregats AG bedarfsgerecht steuern.
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Dadurch,
dass der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG nicht nur
durch den Verbrennungsmotor VM, sondern auch durch die erste Elektromaschine
EM1 angetrieben werden kann, muss der Verbrennungsmotor VM nicht
mehr so ausgelegt werden, dass er die Funktionen aller Nebenaggregate
bereits im Leerlauf gewährleistet
kann.
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Die
erste Elektromaschine EM1, der Verbrennungsmotor VM sowie das Sonnenrad
S des Planetengetriebes P sind in 1 koaxial
angeordnet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die erste Elektromaschine
EM1 außerhalb
dieser Achse angeordnet ist und mittels eines Riemen-, Ketten- oder Zahnradantriebes
mit dem Sonnenrad S des Planetengetriebes P verbunden ist. Hierbei
entstehen weitere Optimierungsmöglichkeiten
durch die Wahl der Übersetzung
der ersten Elektromaschine EM1.
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Die
erste Kupplung KVE, durch die der Verbrennungsmotor VM mit der ersten
Elektromaschine EM1 koppelbar ist, ist vorzugsweise formschlüssig ausgeführt. Eine
Ausführung
der ersten Kupplung KVE als Fliehkraftkupplung führt zu deutlichen Kostenvorteilen.
Wobei die Möglichkeiten,
in jedem Betriebsbereich das mindestens eine Nebenaggregat AG stufenlos
und bedarfsgerecht anzutreiben und auch die Höchstdrehzahl des Nebenaggregats
AG zu begrenzen, entfallen.
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4 zeigt
einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb
mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach 1 und
einem zweiten Freilauf FAG, dessen eines Ende mit dem ersten Hohlrad H1
und dessen anderes Ende mit einem Gehäuseteil verbunden ist. Durch
den zweiten Freilauf FAG ist das erste Hohlrad H1 nur in eine Richtung,
nämlich der
Antriebsrichtung des Verbrennungsmotors VM, drehbar.
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Hierdurch
ergibt sich, wie die Gerade 8 der 5 zeigt,
bei einer alternativen Methode zum Starten des Verbrennungsmotors
VM durch die erste Elektromaschine EM1 bei geöffneter erster Kupplung KVE
eine Hebelwirkung, d.h. das Drehmoment am Planetenradträger PT steigt
auf etwa das Dreifache an. Durch diese Übersetzung kann eine erste
Elektromaschine EM1, die zum Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats
AG eine mechanische Leistung von 3–6 kW erzeugen kann, den Verbrennungsmotor
VM problemlos starten.
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Beim
Startvorgang, der besonders bevorzugt bei einem Kaltstart angewandt
wird, wird der Verbrennungsmotor VM zunächst auf normale Leerlaufdrehzahl
gebracht wird, bevor mit der Einspritzung von Kraftstoff begonnen
wird. Dies führt
gegenüber einem
konventionellen Startvorgang mit einem Anlasser zu geringeren Abgasemissionen
und zu einem besseren Komfort. Hierdurch kann der Verbrennungsmotor
VM unter Berücksichtigung
von Abgasgrenzwerten häufiger
in den Start/Stopp-Betrieb gehen.
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6 zeigt
einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb,
der die Elemente des Nebenaggregatantriebs nach 1 und
zusätzlich
eine zweite Bremse KGE aufweist, durch die das Sonnenrad S des Planetengetriebes
P gegenüber
einem Gehäuseteil
festgehalten werden kann.
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Wie
die Geraden 9 und 10 aus 7 deutlich machen,
kann bei durch die zweite Bremse KGE festgehaltenem Sonnenrad S
und damit festgehaltener erster Elektromaschine EM1 die Drehzahl
des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG gegenüber der
Drehzahl des Verbrennungsmotors VM erhöht werden. Dies ist insbesondere
bei niederen Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM von Vorteil. Dass
die erste Elektromaschine EM1 in diesem festgebremsten Zustand keine elektrische
Energie erzeugen kann, kann beispielsweise durch eine zweite Elektromaschine
im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges kompensiert werden.
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8 zeigt
einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb
mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach 1,
wobei der Planetenradträger
PT und somit die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM über eine
zweite Kupplung KVM und vorzugsweise einen Torsionsschwingungsdämpfer mit
einer Getriebeeingangswelle GE eines Fahrgetriebes G verbindbar
ist.
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Das
Fahrgetriebe G ist abtriebsseitig mit einem nicht dargestellten
Achsgetriebe verbunden und treibt so Räder des Kraftfahrzeuges an.
Als Fahrgetriebe G wird vorzugsweise ein Wechselgetriebe verwendet.
Es kann jedoch auch ein stufenloses Getriebe als Fahrgetriebe G
dienen.
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Mit
der Getriebeeingangswelle GE steht zudem eine zweite Elektromaschine
EM2 im Leistungsaustausch, die sowohl generatorisch als auch motorisch
betrieben werden kann. Ist die zweite Kupplung KVM beispielsweise
geöffnet,
so kann das Fahrzeug allein durch die zweite Elektromaschine EM2
angetrieben werden. Bei geschlossener zweiter Kupplung KVM kann
ein Antriebsmoment vom Verbrennungsmotor VM und/oder der ersten
Elektromaschine EM1 und/oder der zweiten Elektromaschine EM2 aufgebracht
werden. Wobei hierbei auch eine oder beide Elektromaschinen EM1,
EM2 generatorisch betrieben werden können. Ebenso kann bei geschlossener zweiter
Kupplung KVM die zweite Elektromaschine EM2 zum Starten des Verbrennungsmotors
VM dienen.
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Anstatt
mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach 1 könnten die
abtriebsseitig von der zweiten Kupplung KVM angeordneten Elemente
auch mit Elementen der Nebenaggregatantriebe nach den 4 oder 6 kombiniert
werden.
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In 9 ist
ein erfindungsgemäßer Nebenaggregatantrieb
mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach 4 dargestellt,
wobei der Planetenradträger
PT und somit die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM über eine
zweite Kupplung KVM mit einem dritten Hohlrad TH eines Triebstrangplanetengetriebes
TP verbindbar ist. Der Planetenradträger PT könnte auch mit einem anderen
Element des Triebstrangplanetengetriebes TP verbindbar sein, jedoch
würden
sich dann weniger vorteilhafte Übersetzungsverhältnisse
ergeben.
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Durch
einen dritten Freilauf FV2, der mit dem dritten Hohlrad TH verbunden
ist, ist eine Drehung des dritten Hohlrads TH gegenüber einem
Gehäuseteil
nur in eine Drehrichtung möglich.
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Eine
zweite Elektromaschine EM2 ist mit einem Sonnenrad TS des Triebstrangplanetengetriebes
TP verbunden. Ein Planetenradträger
TPT des Triebstrangplanetengetriebes TP ist mit der Getriebeeingangswelle
GE des Fahrgetriebes G verbunden.
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Des
Weiteren ist der Planetenradträger
TPT und damit die Getriebeeingangswelle GE durch eine dritte Kupplung
KEG direkt mit dem Sonnenrad TS und damit mit der zweiten Elektromaschine
EM2 koppelbar.
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Somit
ergibt sich bei geöffneter
dritter Kupplung KEG und geöffneter
zweiter Kupplung KVM die Möglichkeit,
das Kraftfahrzeug rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine
EM2 mit einer Übersetzung
durch das Triebstrangplanetengetriebe TP anzutreiben. Wobei hierbei
das mindestens eine Nebenaggregat AG durch die erste Elektromaschine
EM1 oder den Verbrennungsmotor VM angetrieben werden kann.
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Ebenso
ist es bei geöffneter
dritter Kupplung KEG und geschlossener zweiter Kupplung KVM möglich, das
Kraftfahrzeug mit einer stufenlosen Übersetzung antreibbar. Hierbei
ist die Drehzahl der Getriebeeingangswelle GE durch die Drehzahlen
der zweiten Elektromaschine EM2 und des Verbrennungsmotors VM steuerbar.
In diesem Modus ist ebenfalls eine Geared Neutral Funktion möglich, bei der
die Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM und der zweiten Elektromaschine
EM2 derart eingestellt werden, dass die Drehzahl der Getriebeeingangswelle
GE Null ist und das Kraftfahrzeug somit steht.
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Bei
geschlossener dritter Kupplung KEG und geöffneter zweiter Kupplung KVM
kann das Kraftfahrzeug rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine
EM2 ohne Übersetzung
angetrieben werden.
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Bei
geschlossener dritter Kupplung KEG und geschlossener zweiter Kupplung
KVM weisen die Getriebeeingangswelle GE, der Verbrennungsmotor VM
und die zweite Elektromaschine EM2 die gleiche Drehzahl auf, wobei
ein Antrieb des Kraftfahrzeuges durch den Verbrennungsmotor VM und/oder
die zweite Elektromaschine EM2 möglich
ist.
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Bei
sämtlichen
zuvor beschriebenen Antriebsmodi ist es auch möglich, eine oder beide Elektromaschinen
EM1, EM2 generatorisch zu betreiben.
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Anstatt
mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach 4 könnten die
abtriebsseitig von der zweiten Kupplung KVM angeordneten Elemente
auch mit Elementen der Nebenaggregatantriebe nach den 1 oder 6 kombiniert
werden.