DE102008053051B4

DE102008053051B4 - Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008053051B4
Application number: DE102008053051A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Denke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2028-10-25
Also published as: DE102008053051A1

Abstract

Kräftfahrzeugantriebsvorrichtung mit einem mit flüssigem oder gasförmigem Treibstoff angetriebenen Verbrennungsmotor (10), insbesondere mit einem Kolbenmotor, wobei beide Enden (11a, 11b) der Kurbelwelle (11) des Verbrennungsmotors (10) jeweils ein Sonnenrad (19, 20) eines Planetengetriebes (21, 22) antreiben, die Planetenräder (29, 30) des Planetengetriebes (21, 22) die Antriebsräder (17, 18) des Kraftfahrzeuges antreiben und die Hohlräder (27, 28) von wenigstens einer Regelvorrichtung (40, 51, 50, 61) angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (40, 51, 50, 61) als Elektromotor oder als Generator ausgebildet ist und als Generator einen Akkumulator (40a, 50) auflädt, mit dem bei Stillsetzung des Verbrennungsmotors (10) das Kraftfahrzeug antreibbar ist, wobei die Regelvorrichtung (40, 51, 50, 61) so angesteuert ist, dass sie die Hohlräder (27, 28) entsprechend der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors (10) bis auf eine minimale Drehzahl abbremst, die ausreicht, eine Lichtmaschine für die elektrische Versorgung des Kraftfahrzeuges anzutreiben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der US 3 456 751 A ist eine Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt geworden, die einen mit einem flüssigen oder gasförmigen Treibstoff angetriebenen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kolbenmotor, aufweist, wobei beide Enden der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors jeweils ein Sonnenrad eines Planetengetriebes antreiben, die Planetenträger des Planetengetriebes die Antriebsräder antreiben und die Hohlräder von wenigstens einer Regelvorrichtung angetrieben werden. Die Regelvorrichtung ist als hydrodynamische Regelvorrichtung ausgebildet.
Derzeit werden zum Antrieb von Kraftfahrzeugen allgemein flüssige Treibstoffe verwendet, die aus fossilen Materialien wie Erdöl hergestellt werden. Diese flüssigen Treibstoffe, Benzin oder Dieselöl, werden auf längere Zeit hinweg in Zukunft immer teurer, weil die Vorräte an fossilen Materialien endlich sind bzw. nur mit immer größerem Aufwand gefördert werden können. Weiterhin ist von besonderer Bedeutung, dass durch das Verbrennen der fossilen Materialien der Treibhauseffekt in der Atmosphäre durch beim Verbrennungsprozess erzeugtes CO₂ immer weiter verstärkt wird, so dass alternative Antriebe für Kraftfahrzeuge immer größere Bedeutung erhalten.
Eine dieser Alternativen besteht darin, dass zum Antrieb von Kraftfahrzeugen Wasserstoff verwendet werden könnte. Die Problematik bei Wasserstoff besteht derzeit noch darin, dass die Bevorratung einer für einen Betrieb eines Kraftfahrzeuges in Kraftfahrzeugen erforderlichen Menge an Wasserstoff Schwierigkeiten bereitet. Zumindest sind geeignete Speicher für Wasserstoff noch nicht vorhanden.
Aus der DE 101 11 137 A1 ist eine zweite Alternative bekannt geworden. Danach wird als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug ein Elektromotor verwendet, dessen elektrische Energie durch eine Brennstoffzelle, in der Wasserstoff zu Wasser verbrannt wird, erzeugt wird. Diese Technik ist allerdings noch nicht in der Serienfertigung von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Bei der Verwendung von Elektormotoren besteht das Problem, dass Akkumulatoren, die eine ausreichende Menge an Energie speichern können, derzeit noch nicht fertig entwickelt sind. Die Natrium-Schwefel-Batterie, die vor Jahren entwickelt worden ist, ist in der Handhabung und Fertigung sehr schwierig und für den robusten Alltagsbetrieb eher nicht geeignet. Ein weiterer Akkumulator auf der Basis von Lithium (Lithium-Ionen-Batterie) ist derzeit in den USA für Kraftfahrzeuge in Verwendung, allerdings sind die hiermit angetriebenen Fahrzeuge noch recht teuer.
In gleicher Weise ist bekannt geworden, ein Kraftfahrzeug mittels eines Hybridantriebes anzutreiben, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst. Dieses Kraftfahrzeug wird von der Fa. Toyota unter der Marke „Prius” vertrieben. An einem Ende der Antriebswelle des Verbrennungsmotors schließt ein Generator an, hinter welchem über ein Spezialgetriebe die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges angetrieben werden. Am freien Ende dieses Wellenstranges befindet sich ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad und zwei dazwischen befindliche Planetenräder; das Sonnenrad ist vom Verbrennungsmotor angetrieben und der Elektromotor mit dem Hohlrad gekoppelt. Wahlweise kann der Verbrennungsmotor oder der Elektromotor betrieben werden. Über längere Strecken mit erhöhter Geschwindigkeit werden der Verbrennungsmotor und im Stadtverkehr der Elektromotor benutzt, was zu einem günstigen Wirkungsgrad führt. Diese Anordnung benötigt ein Schaltgetriebe, das auch ein Automatikgetriebe sein kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die erheblich einfacher als die bekannten Antriebsvorrichtungen aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeugantriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Es sei angenommen, dass sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet. Die Antriebswelle dreht somit die Sonnnenräder und über die Planetenräder werden die Hohlräder angetrieben. Die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges werden durch Kraftfahrzeugbremsen gebremst, damit sich das Kraftfahrzeug nicht aufgrund der inneren Reibung in den Planetengetrieben in Bewegung setzt. Die Regelvorrichtung wirkt im Leerlauf auf die Hohlräder noch nicht ein. Wenn das Kraftfahrzeug anfährt, werden die Bremsen gelöst und die Regelvorrichtung beginnt bremsend auf die Hohlräder einzuwirken, so dass die Planetenräder und die Stege sowie die mit den Stegen verbundenen Antriebsräder in Drehung versetzt werden. Die Hohlräder werden von der Regelvorrichtung bis zu ihrem Stillstand abgebremst, so dass die Antriebsleistung entsprechend der Betätigung des Gaspedals des Kraftfahrzeuges direkt auf die Planetenräder und die Antriebsräder des Verbrennungsmotors übertragen wird. Dabei kann die Regelvorrichtung so ausgebildet sein, dass dann, wenn der Verbrennungsmotor beispielsweise bei einer Drehzahl von 4.500 U/min die größte Leistung abgibt, die Drehung der Hohlräder zu Null wird, was bedeutet, dass in besonders vorteilhafter Weise die Regelvorrichtung eine solche Drehzahl zulässt, damit z. B. eine Lichtmaschine angetrieben werden kann, die eine ausreichende elektrische Energie für das Kraftfahrzeug bereitstellt, die notwendig oder nützlich wird, um mit dieser elektrischen Energie betrieben werden zu können.
Anhand der Zeichnungen, in der zwei Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt sind, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
1 bis 3 je eine schematische Darstellung zweier Ausführungsformen der Erfindung.
Es sei nun Bezug genommen auf die 1.
Ein Verbrennungsmotor 10, der ein Otto- oder Dieselmotor sein kann, besitzt eine Antriebswelle 11, von der hier lediglich die Enden 11a und 11b sichtbar sind, und umfaßt hier je einen Flansch 12a und 12b, an welchen je ein Wellenabschnitt 13, 14 angeflanscht ist. Diese Wellenabschnitte 13 und 14, die ein hier durch je eine punktierte Strecke 15, 16 angedeutetes Umlenkgetriebe aufweisen können, beispielsweise weil die Mittelachse des Verbrennungsmotors und die Drehachsen von Antriebsrädern 17, 18 in unterschiedlichenen Ebenen liegen, sind jeweils mit dem innen liegenden Sonnenrad 19, 20 eines Planetengetriebes 21, 22 verbunden. Mit dem Außenumfang des Sonnenrades 19, 20 kämmen je zwei Planetenräder 23, 24; 25, 26, die wiederum mit der Innenverzahnung je eines Hohlrades 27, 28 kämmen. Die Planetenräder 23, 24 und 25, 26 sind miteinander gekoppelt und mittels als mechanische Kupplungselemente 29, 30, die hier schematisch als U-förmige Gabeln dargestellt sind, ausgebildeten Stegen mit je einem weiteren Wellenabschnitt 31, 32 gekoppelt, an deren Enden die Antriebsräder 17, 18 des Kraftfahrzeuges angeschlossen sind. An den weiteren Wellenabschnitteen 31, 32 sind Bremsen 33 angeordnet, von denen nur die Bremse 33 des linken Antriebsrades 17 gezeichnet ist.
Diese bis eben beschriebene Anordnung wird benutzt, wenn der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist und benutzt wird. Ein als Lichtmaschine dienender Generator, der einen Akkumulator auflädt, mit dem die elektrische Versorgung des Kraftfahrzeuges sichergestellt ist, ist hier nicht dargestellt. Auch ist ein Schaltgetriebe nicht vorgesehen und nicht notwendig.
Der Antriebseinrichtung ist eine Regeleinrichtung 40, die hier als Generator ausgebildet ist, zugeordnet, dessen Abtriebswelle gemäß Kraftrichtungspfeilen 41 mit einem nur schematisch gezeichneten Differentialgetriebe 42 gekoppelt, das sich in einem Wellen- oder Antriebsgetriebezug 43, 44 befindet, dessen Enden mit jeweil dem Hohlrad 27 bzw. 28 der Planetengetriebe 21, 22 verbunden sind, sodaß die Regeleinrichtung 40 auf die Hohlräder über die Pfeilsymbole 43a, 44a einwirkt. Die Regeleinrichtung 40 bremst die Hohlräder 27, 28 entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ab. Wenn die Regeleinrichtung 40 als Generator arbeitet, kann sie einen Energiespeicher 40a aufladen, der so bemessen ist, daß das Kraftfahrzeung bei Bedarf vom Energiespeicher 40a über die dann als Elektromotor arbeitende Regeleinrichtung angetrieben wird.
Die Planetengetriebe haben aufgrund ihres Aufbaus den Vorteil, daß sie bei Stillstand der als Generator bzw. Elektromotor oder des Verbrennungsmotors die Leistung des jeweils in Betrieb befindlichen Motors auf die Antriebsräder 17, 18 übertragen, ohne daß sich beide Motoren gegeneinander beeinflussen oder stören.
Die Planetengetriebe sind entsprechend den beiden Motoren ausgelegt und bemessen.
Die 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Dabei ist der Verbrennungsmotor 10 über die Planetengetriebe 21, 22 mit den Antriebsrädern 17 und 18 verbunden, wie anhand der 1 schon beschrieben.
An den Hohlrädern 27 und 28 ist ein dem Wellenzug 43, 44 entsprechender Wellenzug 45, 46 angeschlossen, der entsprechend den Pfeilsymbolen 45a, 46a über ein Differentialgetriebe 47 und über einen durch eine Kraftwirkungslinie 48 angedeuteten Mechanismus einen Generator 49 als Regeleinrichtung antreibt, der über Stromleitungen 53, 54 einen Akkumulator 50 auflädt, wenn der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist. Die Energie des Akkumulators 50 treibt über Verbindungsleitungen 55, 56 einen Elektromotor 51 an, dessen Leistung gemäß Wirklinie 59 mit dem Pfeilsymbol 59a über ein Differentialgetriebe 52 weitere Antriebsräder 57, 58 antreibt.
Dabei könnten der Verbrennungsmotor die Antriebsräder mit einer Leistung von 100 kW und der Generator 51 die weiteren Antriebsräder 57, 58 mit einer Leistung von 50 kW antreiben.
Bei der Ausfühgrung nach 3 ist die Regeleinrichtung 40 der 1 durch zwei Regeleinrichtungen 60, 61 ersetzt, die über Kraftwirkungslinien 62, 63 mit den Hohlrädern 27, 28 gekoppelt sind und auf diese bremsend einwirken. Die Einwirkung jeder Regeleinrichtung kann unabhängig voneinander erfolgen, so daß die Antriebsräder mit unterschiedlicher Leistung angetrieben werden. Ein Differentialgetriebe, wie es nach den Ausführungen der 1 und 2 erforderlich ist, kann hier entfallen. Auch können beide Regeleinrichtungen 60, 61, wenn sie als Elektromotoren arbeiten, unterschiedliche Leistungen an die Antriebräder abgeben, was in besonderen Fällen vorteilhaft sein kann.
Im Betrieb wirken die Anordnungen nach den 1 bis 3 wie folgt:
Der Verbrennungsmotor 10 laufe im Leerlauf. Dabei dreht die Antriebswelle 11 die Sonnenräder 19, 20 und über die Planetenräder 23 bis 25 werden die Hohlräder 27, 28 in Drehung versetzt, wobei die beiden Planetengetriebe aufgrund ihrer inneren Reibung die Antriebsräder 17, 18 in Drehung versetzen würden, so daß sich das Kraftfahrzeug in Bewegung versetzen könnte, wenn es nicht durch die Bremsen 33 abgebremst würde. Die Regeleinrichtung 40 wirkt noch nicht auf die Hohlräder 27, 28. Soll das Kraftfahrzeug anfahren, werden die Bremsen 33 gelöst und die Regeleinrichtung 40 wirkt bremsend auf die Hohlräder 27, 28 ein, bis diese praktisch zum Stillstand kommen und die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 10 vollständig auf die Antriebsräder übertragen wird. Wenn gesagt ist „praktisch zum Stillstand”, dann schließt dieses nicht aus, daß sich die Hohlräder mit einer bestimmten Drehzahl weiterdrehen können, um z. B. eine Lichtmaschine zur Stromversorgung des Kraftfahrzeuges anzutreiben.
Arbeitet die Regeleinrichtung als Generator, kann sie einen Akkumulator aufladen, der den dann als Elektromotor arbeitenden Generator mit Energie versorgt, um das Kraftfahrzeug anzutreiben, wenn z. B. im Stadtverkehr ein Stillsetzen des Verbrennungsmotors angezeigt ist.

Claims

Kräftfahrzeugantriebsvorrichtung mit einem mit flüssigem oder gasförmigem Treibstoff angetriebenen Verbrennungsmotor (10), insbesondere mit einem Kolbenmotor, wobei beide Enden (11a, 11b) der Kurbelwelle (11) des Verbrennungsmotors (10) jeweils ein Sonnenrad (19, 20) eines Planetengetriebes (21, 22) antreiben, die Planetenräder (29, 30) des Planetengetriebes (21, 22) die Antriebsräder (17, 18) des Kraftfahrzeuges antreiben und die Hohlräder (27, 28) von wenigstens einer Regelvorrichtung (40, 51, 50, 61) angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (40, 51, 50, 61) als Elektromotor oder als Generator ausgebildet ist und als Generator einen Akkumulator (40a, 50) auflädt, mit dem bei Stillsetzung des Verbrennungsmotors (10) das Kraftfahrzeug antreibbar ist, wobei die Regelvorrichtung (40, 51, 50, 61) so angesteuert ist, dass sie die Hohlräder (27, 28) entsprechend der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors (10) bis auf eine minimale Drehzahl abbremst, die ausreicht, eine Lichtmaschine für die elektrische Versorgung des Kraftfahrzeuges anzutreiben.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (40) mit den Hohlrädern (27, 28) über ein zwischen den Hohlrädern (27, 28) befindliches Differentialgetriebe (42, 47) gekuppelt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch Gekennzeichnet, dass die Hohlräder (27, 28) mit einem Generator gekuppelt sind, der einen Akkumulator (50) auflädt, dessen Energie einen Elektromotor antreibt, der mit weiteren Antriebsrädern (57, 58) gekoppelt ist.