DE102007027524A1 - Hybridfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe, einem elektrischen Energiespeicher, einer ersten elektrischen Maschine, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist. Die elektrische Maschine ist dazu vorgesehen, in einem Antriebsmodus aus elektrisch gespeicherter Energie ein Antriebsmoment zu erzeugen und in das Getriebe einzuleiten, und in einem Generatormodus vom Getriebe geliefertes Drehmoment in elektrische Energie umzuwandeln und in den Energiespeicher einzuspeisen. Ferner ist zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine eine Kupplung angeodnet. Desweiteren ist eine zweite elektrische Maschine und ein Verdichter einer Fahrzeugklimaanlage vorgesehen. Die zweite elektrische Maschine ist rennungsmotors vorgesehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Unter einem Hybridfahrzeug wird in der vorliegenden Patentanmeldung ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einer elektrischen Maschine verstanden, die so in den Antriebsstrang integriert ist, dass in Schubphasen des Fahrzeugs Bremsenenergie rekuperiert und generatorisch in elektrische Energie umgewandelt werden kann und bei dem der Elektromotor dazu in der Lage ist, das Fahrzeug anzutreiben, entweder rein elektromotorisch (ohne Verbrennungsmotor) oder gleichzeitig mit dem Elektromotor (elektrischer Boost). Bei vielen bekannten Hybridkonzepten ist die elektrische Maschine im Bereich zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang angeordnet, wobei zwischen der elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor häufig zusätzlich eine Kupplung vorgesehen ist, die es ermöglicht, bei rein elektrischem Fahren den Verbrennungsmotor „abzukoppeln".
  • Technisch höchst anspruchsvoll ist es, aus dem elektrischen Fahrbetrieb heraus den Verbrennungsmotor mittels der elektrischen Maschine zu starten, ohne dass dies zu einem Drehmomenteinbruch bzw. zu unkomfortablem Ruckeln führt. Einfacher gestaltet sich das Zustarten des Verbrennungsmotors bei so genannten leistungsverzweigten Hybridkonzepten, bei denen in den Antriebsstrang zwei elektrische Maschinen integriert sind. Derartige leistungsverzweigte Hybridkonzepte sind jedoch in der Umsetzung sehr teuer.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybridfahrzeugkonzept mit einer einzigen in den Antriebsstrang integrierten elektrischen Maschine zu schaffen, die wahlweise als elektrischer Antrieb bzw. als Generator fungiert, wobei auch aus dem elektrischen Fahrbetrieb heraus der Verbrennungsmotor einfach und komfortabel gestartet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe, einem elektrischen Energiespeicher, und einer ersten elektrischen Maschine, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist. Die elektrische Maschine ist dazu vorgesehen, in einem Antriebsmodus aus elektrisch in dem Energiespeicher gespeicherter Energie ein Antriebsmoment zu erzeugen und in das Getriebe einzuleiten, und in einem Generatormodus vom Getriebe geliefertes Drehmoment in elektrische Energie umzuwandeln und in den Energiespeicher einzuspeisen. Ferner ist eine Kupplung vorgesehen, die zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnet ist. Das Hybridfahrzeug weist ferner eine zweite elektrische Maschine und einen Verdichter einer Fahrzeugklimaanlage auf.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die zweite elektrische Maschine zum Antrieb des Verdichters und zum Start des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Der Verdichter wird also elektrisch angetrieben. Im Unterschied zu herkömmlichen Fahrzeugen kann somit auch dann Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Ferner kann, und zwar unabhängig davon, ob die erste Maschine gerade elektromotorisch arbeitet oder nicht, auch aus dem elektrischen Fahrbetrieb heraus der Verbrennungsmotor komfortabel gestartet werden, ohne dass dies zu einem Einbruch des von der elektrischen Maschine an die Antriebsräder übertragenen Drehmoments bzw. noch zu unkomfortablem Ruckeln des Antriebsstrangs.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die zweite elektrische Maschine über einen Riementrieb mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt. Die zweite elektrische Maschine braucht somit nicht in den eigentlichen Antriebsstrang des Fahrzeugs integriert sein, insbesondere nicht in das Motor- bzw. Getriebegehäuse. Demgegenüber kann die erste elektrische Maschine in der „Glocke" des Getriebegehäuses angeordnet sind, d. h. in demjenigen Bereich des Getriebegehäuses, der an den Verbrennungsmotor angeflanscht ist.
  • Alternativ zu einem Riementrieb kann die zweite elektrische Maschine auch über einen Zahnradtrieb, einen Kettentrieb oder eine andere Kraft- bzw. Drehmomentübertragungseinrichtung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sein.
  • Vorzugsweise ist die zweite elektrische Maschine über eine elektrisch ansteuerbare Kupplung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Die Kupplung kann beispielsweise in oder an einem „Rad" bzw. in der Nähe eines Rades der zwischen der zweiten elektrischen Maschine und der Kurbelwelle des Motors vorgesehenen „Übersetzungsstufe" angeordnet sein. Wenn die Übersetzungsstufe durch einen Riementrieb gebildet ist, kann die Kupplung auch in ein Rad des Riementriebs integriert sein, d. h. räumlich innerhalb des Rades angeordnet sein. Alternativ zu einem Riementrieb ist selbstverständlich auch ein Zahnradtrieb denkbar, wobei die Kupplung z. B. zwischen einer Welle und einem Zahnrad des Zahnradtriebs angeordnet sein kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist im Drehmomentpfad zwischen der zweiten elektrischen Maschine und der Kurbelwelle bzw. dem Verbrennungsmotor ein Freilauf angeordnet. Der Freilauf ermöglicht eine Drehmomentübertragung von der zweiten elektrischen Maschine auf den Verbrennungsmotor bzw. auf dessen Kurbelwelle, in umgekehrter Richtung jedoch nicht. Durch einen derartigen Freilauf kann ein „Überdrehen" und somit eine Beschädigung der zweiten elektrischen Maschine beim Anspringen des Verbrennungsmotors verhindert werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verdichter permanent mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden.
  • Vorzugsweise kann der Verdichter elektrisch von einem Förderzustand in einen Nullförderzustand geschaltet werden. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Verdichter zwischen seiner Saugseite und seiner Druckseite eine durch ein elektrisch ansteuerbares Absperrorgan absperrbare Bypassleitung aufweist. Vorzugsweise wird der Verdichter beim Starten des Verbrennungsmotors „passiv" geschaltet, d. h. er wird entweder in den Nullförderzustand geschaltet bzw. die Bypassleitung wird geöffnet, so dass der Verdichter keine bzw. nur eine sehr geringe mechanische Leistung von der zweiten elektrischen Maschine abzieht, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Steuerung des Förderzustands des Verdichters bzw. zur Ansteuerung des Absperrorgans der Bypassleitung des Verdichters eine Steuerelektronik vorgesehen. Um beim Starten des Verbrennungsmotors auf die volle Leistung der zweiten elektrischen Maschine zurückgreifen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Steuerelektronik den Verdichter in den Förderzustand „Nullförderung" schaltet bzw. das Absperrorgan öffnet, wenn der Verbrennungsmotor gestartet werden soll.
  • Um eine Drehmomentübertragung von der zweiten elektrischen Maschine auf den Verbrennungsmotor zu ermöglichen, sollte die Steuerelektronik die zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor angeordnete Kupplung schließen, wenn ein entsprechendes Startsignal zum Starten des Verbrennungsmotors vorliegt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. 1 zeigt in schematisierter Darstellung ein Hybridfahrzeugkonzept mit einem Verbrennungsmotor 1 und einem Getriebe 2. Das Getriebe 2 ist in einem Getriebegehäuse 3 untergebracht, das eine Getriebeglocke 4 aufweist, die an den Verbrennungsmotor 1 angeflanscht ist. In der Getriebeglocke 4 ist eine auf einer Eingangswelle 5 sitzende elektrische Maschine 6 angeordnet. Der Rotor der elektrischen Maschine 6 kann über eine Kupplung 7 mit einer Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors gekoppelt werden. Bei geschlossener Kupplung 7 ist eine Drehmomentübertragung vom Verbrennungsmotor 1 auf die Getriebeeingangswelle 5 möglich. Zusätzlich, d. h. „parallel" zu dem vom Verbrennungsmotor 1 gelieferten Drehmoment kann Drehmoment von der elektrischen Maschine 6 auf die Getriebeeingangswelle 5 übertragen werden.
  • Wenn die Kupplung 7 geöffnet ist, ist der Verbrennungsmotor 1 vom „Antriebsstrang" des Fahrzeugs abgekoppelt. In diesem Zustand ist auch ein rein elektrisches Verfahren möglich. Das Fahrzeug kann also ausschließlich von der elektrischen Maschine 6 angetrieben werden, wobei diese von einem elektrischen Energiespeicher (Bordbatterie) 9 mit Strom versorgt wird.
  • Wenn das Fahrzeug rein elektromotorisch angetrieben wird, d. h. wenn der Verbrennungsmotor 1 abgeschaltet ist, ist es technisch äußerst aufwändig, den Verbrennungsmotor 1 zuzustarten, ohne dass es an den Antriebsrädern (nicht dargestellt) des Fahrzeugs zu einem Drehmomenteinbruch kommt bzw. ohne dass sich das Zustarten des Verbrennungsmotors durch ein Ruckeln im Antriebsstrang bemerkbar macht. Aus diesem Grund ist zum Starten des Verbrennungsmotors 1 eine zweite elektrische Maschine 10 vorgesehen. Die zweite elektrische Maschine 10 ist über einen Freilauf 11 und eine elektrisch ansteuerbare Kupplung 16 mit der Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors 1 gekoppelt bzw. koppelbar. Alternativ zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Kupplung 16 auch in, d. h. räumlich innerhalb eines Rad 12 eines Riementriebs 13 angeordnet sein.
  • Die zweite elektrische Maschine 10 ist ferner mechanisch, z. B. über eine Welle, mit einem Verdichter 14 einer hier nicht näher dargestellten Fahrzeugklimaanlage verbunden. Somit treibt die elektrische Maschine 10 den Verdichter 14 der Fahrzeugklimaanlage an. Bei dem Verdichter kann es sich beispielsweise um einen Taumelscheibenverdichter handeln, der in einen Förderzustand „Nullförderung" geschaltet werden kann, in dem der Verdichter keine bzw. nur eine sehr geringe mechanische Leistung von der zweiten elektrischen Maschine aufnimmt. Alternativ dazu kann der Verdichter, z. B. ein Hubkolbenverdichter sein, bei dem zwischen seiner Saugseite und seiner Druckseite eine durch ein elektrisch ansteuerbares Absperrorgan absperrbare Bypassleitung vorgesehen ist, wobei der Verdichter nur dann effektive Förderleistung erbringt, wenn das Absperrorgan geschlossen ist. Ist das Absperrorgan hingegen geöffnet, so wird Fluid im wesentlichen drucklos von der Druckseite zur Saugseite gepumpt, wobei der Verdichter in diesem Zustand keine bzw. nur eine sehr geringe Leistung vor der zweiten elektrischen Maschine aufnimmt.
  • Soll nun aus dem rein elektrischen Fahrzustand heraus der Verbrennungsmotor 1 gestartet werden, so wird der Verdichter 14 von einer zentralen Steuerelektronik 15 in den Zustand „Nullförderung" geschaltet bzw. das in der Bypassleitung des Verdichters 14 vorgesehene Absperrorgan wird geöffnet, so dass der Verdichter praktisch keine nennenswerte Leistung vor der zweiten elektrischen Maschine 10 abzieht. Ferner steuert die zentrale Steuerelektronik 15 die Kupplung 16, die zwischen der zweiten elektrischen Maschine 10 und dem Riementrieb 13 angeordnet ist, an, derart, dass die Kupplung 16 geschlossen wird. Somit kann Drehmoment von der zweiten elektrischen Maschine 10 über den Riementrieb 13 auf die Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors übertragen und der Verbrennungsmotor 1 gestartet werden. Der Freilauf 11 stellt sicher, dass beim Start des Verbrennungsmotors 1 dieser die elektrische Maschine 10 nicht überdrehen kann. Das heisst, eine Drehmomentübertragung vom Verbrennungsmotor 1 über den Riementrieb 13 auf die zweite elektrische Maschine 10 wird durch den Freilauf 11 unterbunden.

Claims (10)

  1. Hybridfahrzeug, mit – einem Verbrennungsmotor (1), – einem Getriebe (2), – einem elektrischen Energiespeicher (3), – einer ersten elektrischen Maschine (6), die zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Getriebe (2) angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine (6) dazu vorgesehen ist, in einem Antriebsmodus aus elektrisch gespeicherter Energie ein Antriebsmoment zu erzeugen und in das Getriebe (2) einzuleiten, und in einem Generatormodus vom Getriebe (2) geliefertes Drehmoment in elektrische Energie umzuwandeln und in den Energiespeicher (9) einzuspeisen, – einer Kupplung (7), die zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und der elektrischen Maschine (2) angeordnet ist, – einer zweiten elektrischen Maschine (10) und – einem Verdichter (14) einer Fahrzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (10) zum Antrieb des Verdichters (14) und zum Start des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist.
  2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (10) über einen Riementrieb (13) mit einer Kurbelwelle (8) des Verbrennungsmotors (1) gekoppelt ist.
  3. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (10) über eine elektrisch ansteuerbare Kupplung (16) mit dem Verbrennungsmotor (1) gekoppelt ist.
  4. Hybridfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch ansteuerbare Kupplung (16) zwischen der zweiten elektrischen Maschine (10) und dem Riementrieb (13) angeordnet ist.
  5. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten elektrischen Maschine (10) und dem Verbrennungsmotor (1) ein Freilauf (11) angeordnet ist, der eine Drehmomentübertragung von der zweiten elektrischen Maschine (10) auf den Verbrennungsmotor (1) ermöglicht, in umgekehrter Richtung jedoch nicht.
  6. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (14) permanent mit der zweiten elektrischen Maschine (10) mechanisch verbunden ist.
  7. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (14) elektrisch von einem Förderzustand in einen Zustand „Nullförderung" geschaltet werden kann.
  8. Hybridfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Saugseite und einer Druckseite des Verdichters (14) eine durch ein elektrisch ansteuerbares Absperrorgan absperrbare Bypassleitung vorgesehen ist.
  9. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Förderzustands des Verdichters (14) bzw. zur Ansteuerung des Absperrorgans der Bypassleitung des Verdichters (14) eine Steuerelektronik (15) vorgesehen ist und dass die Steuerelektronik (15) den Verdichter (14) in den Förderzustand „Nullförderung" schaltet bzw. das Absperrorgan öffnet, wenn der Verbrennungsmotor (1) gestartet wird.
  10. Hybridfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (15), die zwischen der zweiten elektrischen Maschine (10) und dem Verbrennungsmotor (1) angeordnete Kupplung (16) schließt, wenn der Verbrennungsmotor (1) gestartet wird.
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