DE102008060972A1 - Hybrid vehicle, has internal combustion engines connected with each other by rotating gear-transmissions or reduction gears or combination of gear-transmissions and reduction gears - Google Patents

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Abstract

The vehicle has internal combustion engines (1, 2) e.g. petrol engines, operated according to a momentary power requirement of the vehicle individually or in groups or together within a region of minimum fuel consumption. The engines are connected with each other by rotating gear-transmissions or reduction gears or combination of the gear-transmissions and the reduction gears. Delay operating elements of high tactfulness are arranged in hand- or steering wheel proximity. The engines and the transmissions are inserted as standardized components into vehicle models.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug, also ein solches, dessen Antrieb mittels verschiedener Motoren mit dem Ziel der Treibstoffverbrauchsminderung erfolgt, womit auch die Reduzierung von Emissionen (CO2, NOx, Partikel und Lärm) verbunden ist. Nebenziele sind Komfortsteigerung, Nutzungserleichterungen (Entfall des Kupplungspedals, automatisches Getriebe) und „Fahrspaß”, auch kurze Fahrten rein elektrisch (Zero Emission Vehicle) oder die gelegentliche Anwendung eines Hybridfahrzeuges als Elektroaggregat sind möglich und erwünscht.The invention relates to a hybrid vehicle, that is, one whose drive is carried out by means of various engines with the aim of fuel consumption reduction, which is also the reduction of emissions (CO 2 , NO x , particles and noise) is connected. Side goals are increased comfort, ease of use (removal of the clutch pedal, automatic transmission) and "driving pleasure", even short trips purely electric (Zero Emission Vehicle) or the occasional application of a hybrid vehicle as an electric generator are possible and desirable.

Als Maßnahmen zur Zielerreichung gelten:

  • • Start-Stopp im Stand
  • • Start-Motor-Stopp in Fahrt, „Segeln”
  • • Rekuperatives Bremsen, also die Rückspeisung kinetischer oder potentieller Energie des Fahrzeuges in einen (elektrischen) Speicher, das bedeutet zugleich verschleißfreies Bremsen
  • • Vermeidung des verbrauchsungünstigen Teillastbetriebs des Verbrennungsmotors indem dieser im günstigeren Volllastbereich betrieben wird und nur ein Teil der Leistung dem Fahrantrieb dient während die Überschussleistung in den (elektrischen) Speicher fließt („Teillastanhebung”).
Measures to achieve the objectives include:
  • • Start-stop while stationary
  • • Start engine stop in motion, "sailing"
  • • Recuperative braking, ie the feedback of kinetic or potential energy of the vehicle in an (electric) memory, which means at the same time wear-free braking
  • • Avoidance of the fuel-efficient partial load operation of the internal combustion engine by operating it in the more favorable full load range and only a part of the power is used for the traction drive while the surplus power flows into the (electric) accumulator ("partial load boost").

Mittel hierzu werden gesehen in der Anwendung einer oder mehrerer Elektrischer Maschine(n), die meist sowohl als Motor und als Generator wirken können und einem oder mehreren elektrischen Speichern wie Akkumulatoren und Doppelschichtkondensatoren (Ultra Caps) neben üblichen, modernen Verbrennungsmotoren (VM) nach dem Otto- oder Dieselprinzip. Auch die Speicherung kinetischer Energie in Form der Fahrzeugbewegung oder in Schwungrädern findet Anwendung.medium These are seen in the application of one or more electric Machine (s) that can usually act both as a motor and as a generator and one or more electrical storage such as batteries and double-layer capacitors (Ultra Caps) beside usual, modern internal combustion engines (VM) according to the gasoline or diesel principle. Also the storage of kinetic energy in the form of vehicle movement or in flywheels applies.

Gegenwärtige Hybridentwicklungen sind vorwiegend auf leistungsstarke Fahrzeuge der oberen Ausstattungsklasse gerichtet. Ein Grund sind die Kosten der Hybridkomponenten Elektrische Maschine(n) und Batterie. Bei hohem Fahrzeugpreis fallen sie relativ weniger ins Gewicht. Wegen des Flottenverbrauches sollten aber auch oder gerade kleinere Fahrzeuge mit großem Anteil am Bestand oder Verkaufspotential Hybrideigenschaften erhalten. Das geht nur mit einfachen und klaren technischen Lösungen nach einem Abwägen der Einsparungspotentiale im Vergleich zu den Aufwendungen. Für die folgenden Überschlagsrechnungen wird ein Fahrzeug mit 50 kW Ottomotor, Fahrmasse 1500 kg angenommen.current Hybrid developments are predominantly on high-performance vehicles directed to the upper equipment class. One reason is the cost Hybrid components Electrical machine (s) and battery. at high vehicle price, they are relatively less significant. Because of Fleet consumption should also or even smaller vehicles with a large proportion of inventory or sales potential hybrid properties receive. This is only possible with simple and clear technical solutions after weighing the savings potential in comparison to the expenses. For the following rough calculations If a vehicle with 50 kW gasoline engine, driving mass 1500 kg is assumed.

Oft wird das rekuperative Bremsen als Hauptgrund für Treibstoffeinsparungen genannt. Dessen Potentiale (theoretische Obergrenze) sind jedoch gering und/oder kaum nutzbar: Beim Herunterbremsen von 100 auf 50 km/h werden 0,43 MJ frei, Grenzen zieht die erforderliche Bremsleistung der elektrischen Maschine je nach Bremsintensität, die wesentlich vom Fahrstil abhängt („Vorausschauendes Fahren”). Eine Gefällebremsung bei 400 m Höhenunterschied hingegen setzt 5,9 MJ in Wärme um. Diese Energie ist in 0,187 l Benzin.Often Recuperative braking is the main reason for fuel savings called. Its potentials (theoretical upper limit), however, are low and / or barely usable: When braking down from 100 to 50 km / h become 0.43 MJ free, limits draws the required braking power the electrical machine depending on the brake intensity, the essential depends on the driving style ("anticipatory driving"). A gradient braking at 400 m height difference however, 5.9 MJ converts to heat. This energy is in 0.187 liters of gasoline.

Das größte Potential für Treibstoffeinsparung liegt aber im Betrieb des VM nahe oder im Bereich des Verbrauchsminimums seines Kennfeldes („Bestpunkt”). Ein Motor der für eine halbe Stunde im Stadtverkehr (erforderlich sind 3,5 kW) in einem um (nur) 75 g/kWh ungünstigeren Betriebspunkt läuft, hat einen um 3,5 kW·75 g/kWh·0,5 h 135 g höheren Verbrauch, äquivalent 0,185 l Benzin. Würde dieser ungünstigere Betrieb vermieden, bliebe diese Treibstoffmenge real im Tank – im Gegensatz zu dem Gewinn durch Rückspeisung bei einer Gefällefahrt mit zwei elektrischen Umwandlungen sowie je einem Lade- und Entladevorgang. Wenn für jede dieser 4 Wandlungen der hohe Wirkungsgrad von 0,9 angesetzt wird, bleiben 0,94 = 0,66 als Gesamtwirkungsgrad. Nun sind Gefällefahrten nicht zu vermeiden und wenn etwas zurückfließt wird es angenommen. Jedoch sollte die oben genannte „Teillastanhebung” mit der gleichen Wirkungsgradkette nicht als eine technisch, wirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Lösung gewertet werden.However, the greatest potential for saving fuel lies in the operation of the VM near or in the range of the consumption minimum of his characteristic field ("best point"). An engine operating for half an hour in urban traffic (3.5 kW required) running at a less than (75 g / kWh) operating point has an output of 3.5 kW · 75 g / kWh · 0.5 h 135 g higher consumption, equivalent to 0.185 liters of gasoline. If this unfavorable operation avoided, this fuel would remain real in the tank - in contrast to the gain by feeding back on a downhill drive with two electrical transformations and one each loading and unloading. When the high efficiency of 0.9 is set for each of these 4 conversions, 0.9 4 = 0.66 remains as the overall efficiency. Now, gradient drives are unavoidable and when something flows back, it is accepted. However, the above-mentioned "partial load boost" with the same efficiency chain should not be seen as a technically, economically and ecologically sensible solution.

Als Mittel zur Vermeidung ungünstiger Betriebspunkte wurden – neben den generellen Entwicklungen zur Verbesserung der VM-Zylinderabschaltungen vorgeschlagen und auch realisiert. Diese haben den Nachteil, dass die Reibleistung der ungefeuerten Zylinder aufzubringen ist, was den Effekt schmälert. Es wurde auch vorgeschlagen, gewissermaßen einen großen Motor zu halbieren und bei Bedarf im Betrieb wieder so zusammenzusetzen, dass Massenausgleich und Zündfolge dem großen Motor entsprechen ( DE 35 22 988 ).As a means of avoiding unfavorable operating points - in addition to the general developments for improving the VM cylinder shutdowns have been proposed and also realized. These have the disadvantage that the friction of the unfired cylinder is applied, which reduces the effect. It has also been proposed to halve a large engine and, if necessary, reassemble it in operation so that the mass balance and firing sequence correspond to the large engine ( DE 35 22 988 ).

Andere Vorschläge mit anderen Zielstellungen für Schiffe, Fahr- und Flugzeuge beziehen sich auf die Zusammenführung der Leistung mehrerer gleicher Motoren mittels Differentialgetrieben ( GB 154981 ) oder auf die Addition der Leistung eines Hubkolben- mit der eines Kreiskolbenmotors mittels Planetengetriebe ( DE 2610 098 ). Zur Vermeidung des Leerlaufes wurden Start-Stopp-Automatiken gebaut, allerdings wurde ihr Einsatz meist nur im Stand des Fahrzeuges vorgesehen. Inzwischen gibt es eine Reihe von Hybridfahrzeugen, je nach Transportaufgabe mit verschiedener Struktur: Serielle, parallele, milde usw. Typen. Ihnen gemeinsam sind die Betonung der elektrischen Komponenten für den Antrieb und die Vorstellung durch sie erhebliche Treibstoffeinsparungen, Emissionssenkung und Verbesserung der Fahrdynamik zu erreichen, allerdings sind ihr Preis und ihr Gewicht deutlich höher als der der nichthybriden Vergleichsmodelle. Andererseits haben die umfangreichen Untersuchungen zu Treibstoffverbrauchsenkungen und Hybridfahrzeugen auch die Erwartungen relativiert und es werden selbst Einsparungen bei Nebenaggregaten wie Klimaanlagen, Servolenkungen, Treibstoffpumpen, Lichtmaschinen usw. angestrebt, wobei der Elektrizität als vorrangiger oder möglichst alleiniger Hilfsenergie in Verbindung mit einem vorausschauenden Energiemanagement hohe Bedeutung zugemessen wird. Vor allem die Vereinigung von Startermotor und Generator zu einer Elektrischen Maschine (EM) größerer Leistung und besserem Wirkungsgrad wurde intensiv betrieben, weil sie neben weiteren Vorteilen Start-Stopp-Betrieb erleichtert. Allerdings benötigt sie in der Bauform des sog. Kurbelwellenstartgenerators (KSG) [1] wegen der Anordnung direkt auf der Kurbelwelle sehr hohe Starterströme, was besondere Aufwendungen erfordert. Deshalb orientieren weitere Entwicklungen auf EM, die über Vorgelege mit der VM-Kurbelwelle verbunden sind und so kleiner dimensioniert werden können [2, bes. S. 30 ff.]. Stand der Technik ist auch die Verwendung üblicher Kupplungen über das kurzfristige Trennen zum Anfahren und Schalten hinaus zum längerfristigen Trennen für die Darstellungen bestimmter Hybridfunktionen. Auch das Starten der VM durch „Impuls”- oder „Schwung”-Start mittels kinetischer Energie aus Schwungrädern oder der kinetischen Energie des rollenden Fahrzeuges ist Stand der Technik.Other proposals with different objectives for ships, vans and aircraft relate to the aggregation of the power of several identical engines by means of differential gears ( GB 154981 ) or the addition of the power of a reciprocating piston engine with that of a rotary piston engine by means of planetary gear ( DE 2610 098 ). To avoid idling start-stop systems were built, but their use was usually provided only in the state of the vehicle. There are now a number of hybrid vehicles, depending on the transport task with different structure: serial, parallel, mild etc. types. They all have in common the emphasis on the electric components for propulsion and the idea of achieving significant fuel savings, emission reductions and improved driving dynamics, but their price and weight are significantly higher than those of the others Thybriden comparison models. On the other hand, the extensive research on fuel consumption reductions and hybrid vehicles have also put the expectations into perspective and even savings in ancillary equipment such as air conditioning, power steering, fuel pumps, alternators, etc. are sought, with the electricity as a priority or possible auxiliary power in conjunction with a forward-looking energy management attached great importance becomes. Above all, the combination of starter motor and generator to an electric machine (EM) greater power and better efficiency was intensively operated, because it facilitates start-stop operation in addition to other advantages. However, it requires in the design of the so-called crankshaft start generator (KSG) [1] because of the arrangement directly on the crankshaft very high starter currents, which requires special expenses. Therefore, further developments are based on EM, which are connected via countershafts with the VM crankshaft and can thus be dimensioned smaller [2, esp. P. 30 ff.]. The prior art is also the use of conventional clutches on the short-term separation for starting and switching out for longer-term separation for the representations of certain hybrid functions. Also starting the VM by "momentum" or "fly" start by means of kinetic energy from flywheels or the kinetic energy of the rolling vehicle is state of the art.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hybrid-Struktur zu finden, die es ermöglicht,

  • • im überwiegenden Zeitanteil den VM-Antrieb im/nahe am Verbrauchsminimum zu betreiben,
  • • wenn keine Leistung abgerufen wird, den Antrieb still zu setzen, dies sowohl in Fahrt als auch im Stand,
  • • zur Verzögerung den Antrieb als verschleißfreie Bremse zu nutzen und möglichst auch Bremsenergie zwischenzuspeichern,
  • • die vielfältigen Betriebszustände weitgehend zu automatisieren und
  • • die technische Lösung ohne wesentlichen Masse- und Raumanspruch bereits für die Kleine Klasse von Fahrzeugen zu einem akzeptablen Preis darzustellen.
The invention is based on the object of finding a hybrid structure which makes it possible to
  • • to operate the VM drive in / near the consumption minimum in the majority of the time,
  • • if no power is called to stop the drive, both while driving and while stationary,
  • • to use the drive as a wear-free brake for deceleration and, if possible, also to buffer brake energy,
  • • to automate the various operating states largely and
  • • To present the technical solution without substantial mass and space claim already for the small class of vehicles at an acceptable price.

Angenehme Zusatzleistungen wären: Zero-Emission-Betrieb im Wohngebiet oder im Stau, Getriebe- und Kupplungsautomatik. Die Möglichkeit der Hochskalierung auf größere Fahrzeuge bis zu LKW ist ebenso vorgesehen wie die Gestaltung der Komponenten als multivalente Module eines Baukastens („Add-Ins”).pleasant Additional services would be: Zero-emission operation in the residential area or in traffic, automatic transmission and clutch. The possibility of Upscaling to larger vehicles up to trucks is provided as well as the design of the components as multivalent Modules of a construction kit ("add-ins").

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, dass mit einer kaskadenartigen oder sonst geeigneten Anordnung von mehreren, auch verschiedenartigen VM (Otto-, Diesel- und hier als VM eingeschlossen – Stirling- und Dampfmotoren) unterschiedlicher Leistung für Bereiche von Fahrzuständen (Geschwindigkeit, Beladung) jeweils die passende Motorleistung bereitgestellt wird. Da die erforderliche Leistung mit der dritten Potenz der Fahrgeschwindigkeit steigt, sind sehr unterschiedliche Leistungen erforderlich. Es ist zweckmäßig, die Motorleistungen nach den üblichen Geschwindigkeitsbereichen zu staffeln. So erreicht man in der Ebene bei Windstille und unbeschleunigt mit der betrachteten Fahrzeugklasse 30 km/h mit 2 kW, 100 km/h mit 15 kW, 165 km/h mit 50 kW. Wird auf drei Motoren beschränkt, ergeben sich 23 = 8 verschiedene Leistungsstufen. Es ist zweckmäßig, den Starter-Generator auch als Fahrantrieb der niedrigsten Leistungsstufe zu nutzen. Mit drei VM und einer EM wären 24 = 16 Leistungsstufen möglich.According to the invention the object is achieved in that with a cascade-like or otherwise suitable arrangement of several, even different types of VM (petrol, diesel and here included as VM - Stirling and steam engines) different power for areas of driving conditions (speed, load) respectively the appropriate engine power is provided. Since the required power increases with the third power of the driving speed, very different powers are required. It is useful to stagger the engine performance according to the usual speed ranges. Thus, in the windless and unaccelerated level, 30 km / h with 2 kW, 100 km / h with 15 kW, 165 km / h with 50 kW can be achieved with the considered vehicle class. If limited to three motors, there are 2 3 = 8 different power levels. It is useful to use the starter generator as the drive of the lowest power level. With three VM and one EM 2 4 = 16 power levels would be possible.

Dabei werden die Leistungen der Motoren so zusammengeführt/addiert, dass sie sowohl einzeln als auch gemeinsam wirken können.there the power of the motors are merged / added, that they can work both individually and together.

So können die Motoren über Vorgelege (Zahnräder, Riemen, Kupplungen) auf eine Welle wirken. Der Leistungsfluss ist direkt und starr. Eine Variante ist die Verteilung der verschiedenen Leistungen auf verschiedene Fahrzeugachsen, wobei noch ein „Allrad”-Effekt erzielt wird. Das Trennen jeder der Motoren von der Welle oder Achse erfordert je eine Kupplung oder Schaltmuffe. Das Zusammenwirken der Teilmotoren setzt voraus oder erzwingt gleiche Drehzahlen oder Drehzahlverhältnisse. Addiert werden die Drehmomente, bzw. bei Allrad die Zugkräfte.So The motors can be overrun (gears, Belt, couplings) act on a shaft. The power flow is direct and rigid. A variant is the distribution of the different ones Achievements on different vehicle axles, whereby still an "all-wheel drive" effect is achieved. Separating each of the motors from the shaft or axle requires ever a clutch or shift sleeve. The interaction of the Partial motors requires or enforces equal speeds or speed ratios. The torques are added, or in the all-wheel drive the tensile forces.

Mehr Flexibilität bietet die Verwendung von Umlaufrädergetrieben (Differentialgetriebe, Planetengetriebe). Diese addieren die Winkelgeschwindigkeiten (Drehzahlen), sie setzen voraus oder erzwingen gleiche Drehmomente oder Drehmomentverhältnisse der Teilmotoren. Planetengetriebe können Kupplungsfunktionen übernehmen.More Flexibility offers the use of planetary gears (Differential gear, planetary gear). These add up the angular velocities (Speeds), they assume or force equal torques or torque ratios of the part motors. planetary gear can take over clutch functions.

Die Erfindung wird im Folgenden an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be described below in three embodiments explained in more detail.

In den zughörigen Zeichnungen zeigen die 1 und 2 eine Lösung mit Planetengetrieben, 3 die Verwendung von Planetengetriebe und Vorgelege, 4 die ausschließliche Verwendung von Vorgelegen und 5 erläutert die 4-Quadranten-Symbolik.In the appended drawings show the 1 and 2 a solution with planetary gears, 3 the use of planetary gear and countershaft, 4 the exclusive use of present and 5 explains the 4-quadrant symbolism.

Bei der in 1 und 2 dargestellten Ausführung wirken die Motoren EM (Elektrische Maschine, also Motor-Generator), kleiner VM1 und großer VM2 über zwei Planetengetriebe PG1 und PG2 auf die Transmission Tr, zweckmäßig in der Form eines üblichen, automatisch schaltenden, vielstufigen Zahnradschaltgetriebes mit Neutralstellung, Rückwärtsgang und Ausgleichsgetriebe auf die Räder, es ist aber auch die Verwendung eines Kegelscheiben-Schubkettengetriebes (CVT) oder eines handgeschalteten konventionellen Getriebes möglich. Mindestens eine Kupplung K1 oder K2 liegt im Strang. Fahrzeug-/Feststellbremsen FB an den Rädern und Haltebremsen HB halten zugehörige Wellen in bestimmten Zuständen fest. Die Elektrische Maschine (fähig zu Vierquadrantenbetrieb) hat nur eine geringe Leistung, sie dient als Starter, als Generator für die Versorgung aller Hilfsenergien, in geringem Maße zum rekuperativen Bremsen, für ZEV-Betrieb und mit ihrem Trägheitsmoment auch als Schwungradspeicher. Entsprechend gering kann der Aufwand für die möglichst konventionelle Batterie sein. Ein Schwungrad SR kann auch zusätzlich angeordnet sein, es wird mittels einer bei hohen Drehzahldifferenzen schlupfenden Kupplung K3 zugeschaltet. Auch der Klimakompressor KK kann über die EM mechanisch angetrieben werden, vorzugsweise mechanisch aus dem Triebstrang im VM-Betrieb, in Verzögerungsphasen aus der kinetischen, im Gefälle aus der potentiellen Energie des Fahrzeuges oder im Sonderfall von der EM elektrisch. Die Hülllinie NB markiert den „Nassbereich”. Die Trockenkupplung K1 kann beim konventionellen Motor VM2 bleiben.At the in 1 and 2 In the embodiment shown, the motors EM (electric machine, ie motor generator), smaller VM1 and large VM2 act via two planetary gears PG1 and PG2 on the transmission Tr, expediently in the form of a conventional, automatically switching, multistage gear shift transmission with neutral position, reverse gear and differential on the wheels, it but it is also possible to use a cone pulley chain drive (CVT) or a manual conventional transmission. At least one clutch K1 or K2 is in the train. Vehicle / parking brakes FB on the wheels and holding brakes HB hold associated shafts in certain states. The electric machine (capable of four-quadrant operation) has only a low power, it serves as a starter, as a generator for the supply of all auxiliary energy, to a small extent for recuperative braking, for ZEV operation and with its moment of inertia as flywheel storage. Correspondingly low can be the cost of the conventional as possible battery. A flywheel SR can also be arranged in addition, it is switched by means of a slipping at high speed differences clutch K3. The air conditioning compressor KK can be mechanically driven via the EM, preferably mechanically from the drive train in VM operation, in deceleration phases from the kinetic, in the fall of the potential energy of the vehicle or in the special case of the EM electric. The envelope NB marks the "wet area". The dry clutch K1 can remain with the conventional engine VM2.

Mit dieser Anordnung sind alle notwendigen und weiteren Zustände beim Halten, Starten im Stand, Starten unter Bewegung, Anfahren, Beschleunigen, Fahren, Rollen ohne Antrieb oder Verzögerung („Segeln”), Verzögern (mit Rekuperation), Bremsen (Gefahr, Festhalten) und Schalten eines Fahrzeuges realisierbar. Das Zusammenspiel aller Elemente übernimmt eine Steuerung mit bekannter Sensorik (Temperatur, Drehzahlen, Fahrgeschwindigkeit) und Aktorik (gesteuerte Trockenkupplung, gesteuerter Gangwechsel, Lösen und Sperren der Drehmomentstützen der Planetengetriebe („Haltebremsen”)). Für diese empfiehlt sich, auf die in Automatikgetrieben üblichen öldruckbetätigten Lamellenbremsen wegen der Leistungszehrenden Hydraulik zu verzichten und eine Kombination einer Rücklaufsperre (umgekehrter Freilauf) mit einem gesteuerten Formschluss (Klinke) zu verwenden wenn die Haltebremse nur im Stillstand betätigt werden kann.With This arrangement is all necessary and further states while holding, starting in stand, starting with movement, starting, Acceleration, driving, rolling without drive or deceleration ("Sailing"), deceleration (with recuperation), braking (Danger, holding) and switching a vehicle feasible. The interaction of all elements takes over a control with known sensors (temperature, speeds, driving speed) and actuators (controlled dry clutch, controlled gear change, Loosening and locking the torque arms of the planetary gear ( "Holding Brakes")). For this recommends itself, on the oil pressure operated in automatic transmissions usual Multiple disc brakes because of the power-consuming hydraulic to dispense and a combination of a backstop (reverse Freewheel) with a controlled positive connection (pawl) to use if the holding brake is only actuated at standstill can.

Als ein Vorgang sei das Segeln bei hoher Geschwindigkeit und Wiederstarten der VM beschrieben: Im Autobahngefälle wird Gas weggenommen, die VM bremsen, EM wird als Generator gezogen (4. Quadrant, siehe 5), Kupplung K1 öffnet, die VM gehen aus und EM rotiert frei/aus. Wird wieder Gas gegeben läuft EM als Motor (1. Q.) an, beschleunigt und K1 schließt langsam, wonach je nach Fahrgeschwindigkeit und Leistungsanforderung VM1 oder VM2 nach Lösen der Haltebremsen starten. EM wird angetrieben und wirkt als Generator (2. Q.). Soll auch VM1 {VM2} (Vollleistung) gestartet werden, wird EM im 2. Q. als Generator besonders hoch erregt (und evtl. VM2 {VM1} kurz gedrosselt) und somit VM1 {VM2} angerissen. Beim gleichzeitigen Betrieb der VM müssen die Drehmomentverhältnisse der Motoren gleich sein, was durch das Motormanagement realisiert wird. Die Lösung von 1 bietet den Vorteil, dass der gesamte Geschwindigkeitsbereich in nur wenigen Gangstufen gefahren werden kann, bzw. dass die Gesamt-Spreizung des Stranges erhöht wird.Sailing at high speed and restarting the VM is described as one process: gas is taken off in the motorway gradient, the VM is braked, EM is pulled as a generator (4th quadrant, see 5 ), Clutch K1 opens, the VM goes off and EM turns free / off. If gas is given again, EM starts as engine (1st Q.), accelerates and K1 closes slowly, after which start VM1 or VM2 after releasing the holding brakes, depending on driving speed and power requirement. EM is powered and acts as a generator (2nd Q.). If VM1 {VM2} (full power) should also be started, EM will be excited as a generator in the 2nd Q. (possibly VM2 {VM1} briefly throttled) and thus VM1 {VM2} touched. During simultaneous operation of the VM, the torque ratios of the motors must be the same, which is realized by the engine management. The solution of 1 offers the advantage that the entire speed range can be driven in only a few gear steps, or that the overall spread of the strand is increased.

Der Fahrer gibt seine Anforderungen über das Fahr- und das Bremspedal. Es ist vorteilhaft, den Fahrzustand „Verzögern” mittels zusätzlicher, kleiner, feinfühliger, handfreundlicher Handhaben am Lenkrad oder in Lenkradnähe im Gegensatz zum Bremspedal zu steuern. 2 wiederholt die 1 mehr schematisch und verdeutlicht die Anbindung von Schwungrad und Klimakompressor, beide optional.The driver gives his requirements about the driving and the brake pedal. It is advantageous to control the driving state "deceleration" by means of additional, smaller, more sensitive, hand-friendly handling on the steering wheel or in the steering wheel near in contrast to the brake pedal. 2 repeats the 1 more schematic and illustrates the connection of flywheel and air conditioning compressor, both optional.

Die 3 zeigt eine Lösung mit Planeten- und Vorgelegegetriebe. Anordnung von Schwungrad und Klimakompressor bei der EM wie in 2.The 3 shows a solution with planetary and countershaft transmission. Arrangement of flywheel and air conditioning compressor at the EM as in 2 ,

Vorgang Start der VM1 im Fahrzeugstand: Eingelegter Gang, FB fest, K1 geschlossen, K2 offen, EM geht in 3. Q. und startet VM1, K1 öffnet, VM1 läuft hoch, danach Anfahren durch Schließen von K1.process Start of the VM1 in the vehicle state: Inlaid gear, FB fixed, K1 closed, K2 open, EM goes into 3rd Q. and starts VM1, K1 opens, VM1 starts up, then start by closing from K1.

Vorgang Start der VM2 im Stand: Tr in Neutralstellung, K1 und K2 geschlossen, EM geht in 1. Q. und startet direkt unter Nutzung der Übersetzung des PG oder nach offener K2 mit Unterstützung des Schwungrades SR nach langsamem Schließen von K2. Als Drehmomentstütze genügt bei VM1 eine Rücklaufsperre. Anfahren aus dem Stand mittels der Kupplungen K1 oder K2. Beim „Segeln” oder Verzögern aus hoher Geschwindigkeit ist K1 geschlossen, K2 geöffnet, VM1 und VM2 sind aus, EM läuft leer mit, zum Verzögern Übergang in den 4. Q. Generatorbetrieb mit stellbarer Erregung. In Maßen ist ein Treiben im 1. Q. möglich. Starten von VM2 während der Fahrt durch Schließen von K2. Zusätzliches Starten von VM1 während der Fahrt durch Übergang von EM in 2. Q. mit hoher Erregung. Das Planetengetriebe bietet automatisiertes Anfahren aus dem Stand mit Zusatznutzen der Übersetzung von EM auf das Vorgelege. Der untere Geschwindigkeitsbereich ist ohne Gangwechsel fahrbar.process Start of the VM2 in the stand: Tr in neutral position, K1 and K2 closed, EM goes into Q. and starts directly using the translation of the PG or after open K2 with support of the flywheel SR after slowly closing K2. As a torque arm is sufficient for VM1 a backstop. Start off the stand by means of couplings K1 or K2. When "sailing" or Delaying from high speed, K1 is closed, K2 opened, VM1 and VM2 are off, EM runs empty, for delaying transition to 4th Q. generator operation with adjustable excitement. In moderation is a bustle in the 1. Q. possible. Starting VM2 while driving by closing K2. Additional starting from VM1 while driving through transition from EM to 2nd Q. with high excitement. The planetary gear provides automated Starting from the state with additional benefit of the translation from EM to the counter. The lower speed range is without Gear change mobile.

4. zeigt eine Lösung ausschließlich mit Vorgelege, wobei zum Treiben der EM ein zusätzlicher Radsatz erforderlich ist. Alle oben beschriebenen Fahrzustände sind möglich. Die VM laufen bei geschlossenen Kupplungen K1 und K2 mit gleicher Drehzahl, Haltebremsen sind unnötig. Die EM arbeitet nur im 1. und 4. Quadranten. Zum Durchlaufen des Geschwindigkeitsbereiches ist üblich-häufiges Schalten nötig und eine größere Spreizung des Getriebes Tr wünschenswert (höhere Gangzahl). 4 , shows a solution exclusively with countershaft, to drive the EM an additional wheelset is required. All driving conditions described above are possible. The VM run at closed clutches K1 and K2 at the same speed, holding brakes are unnecessary. The EM works only in the 1st and 4th quadrant. To go through the speed range is common-frequent switching necessary and a larger spread of the transmission Tr desirable (higher number of gears).

Gegenüber heute realisierten oder diskutierten Hybridstrukturen haben die Lösungen den Vorteil, dass die Anzahl der Energiewandlungen bei hoher Leistung geringer, dass die Komponenten für die hohen Leistungsanteile (Verbrennungsmotoren, Planetengetriebe, Schaltgetriebe) mechanisch, also meist mit hohem Wirkungsgrad, üblich und bewährt (Energiespeicher: Flüssiger Treibstoff plus Tank, konventionelle Batterie) sowie bei den Kennziffern Preis (EUR/kWh, EUR/kW), Energiedichte (kWh/m3), spezifische Energie (kWh/kg), spezifische Leistung (kW/kg), beim package, im know how (Herstellung und Wartung!) und bezüglich vorhandener und weiterverwendbarer Produktionsmittel überlegen sind.Compared to today realized or discuss hybrid solutions, the solutions have the advantage that the number of energy conversions at high power lower, that the components for the high power components (internal combustion engines, planetary gearbox, manual) mechanically, so usually with high efficiency, common and proven (energy storage: liquid fuel plus tank , conventional battery) as well as the parameters price (EUR / kWh, EUR / kW), energy density (kWh / m 3 ), specific energy (kWh / kg), specific power (kW / kg), in the package, in know how ( Production and maintenance!) And are superior in terms of existing and reusable means of production.

VM mit gleichem Treibstoff können aus einem Tank, mit einer Treibstoffpumpe und einem Filter versorgt werden. Anteilige Gemeinsamnutzung der Auspuffanlage und des Katalysators ist denkbar. Auch die Schmiersysteme können dergestalt verbunden werden, dass bei Stillstand eines VM dieser vom laufenden VM mit dessen Überschuss-Ölstrom vorgeschmiert und temperiert wird.VM with the same fuel can from a tank, with a Fuel pump and a filter are supplied. Share sharing the exhaust system and the catalyst is conceivable. Also the lubrication systems can be connected in such a way that at standstill a VM this from the current VM with its excess oil flow pre-lubricated and tempered.

Ein sparsames Hybridfahrzeug wird weniger Abwärme erzeugen. Deshalb sind spezielle Maßnahmen für das Kühlsystem vor allem des/der kleineren VM nötig, so z. B. Wärmedämmung des Motorblocks und Verdampfungskühlung, die auch Thermostate und Kühlmittelpumpe überflüssig macht; auch die Verbindung der Kühlsysteme aller eingebauten VM ist vorteilhaft.One Economical hybrid vehicle will generate less heat. That's why special measures for the cooling system especially the / the smaller VM needed, such. B. Thermal insulation the engine block and evaporative cooling, which also thermostats and Makes coolant pump superfluous; also the connection of the cooling systems of all installed VM is advantageous.

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Bezugszeichen und Abkürzungen 1 Verbrennungsmotor 1 VM1 2 Verbrennungsmotor 2 VM2 3 Elektrische Maschine EM 4 Planetengetriebe 1 PG1 5 Planetengetriebe 2 PG2 6 Transmission Tr 7 Kupplung 1 K1 8 Kupplung 2 K2 9 Kupplung 3 K3 10 Fahrzeug/Feststellbremse FB 11 Haltebremse/Drehmomentstütze HB 12 Schwungradspeicher SR 13 Klimakompressor KK 14 Hülllinie um Nassbereich NB 15 Vorgeleg Reference numerals and abbreviations 1 Internal combustion engine 1 VM1 2 Internal combustion engine 2 VM2 3 Electric machine EM 4 Planetary gear 1 PG1 5 Planetary gear 2 PG2 6 transmission Tr 7 Coupling 1 K1 8th Coupling 2 K2 9 Coupling 3 K3 10 Vehicle / parking brake FB 11 Holding brake / torque arm HB 12 flywheel energy storage SR 13 air compressor KK 14 Envelope around wet area NB 15 Vorgeleg

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Claims (6)

Hybridfahrzeug mit Verbrennungs- und mindestens einem Elektromotor, gekennzeichnet durch Verwendung mehrerer Verbrennungsmotoren unterschiedlicher Leistung für den Fahrzeugantrieb, die entsprechend des augenblicklichen Leistungsbedarfs des Fahrzeuges einzeln oder in Gruppen oder gemeinsam jeweils für sich in ihrem Bereich minimalen Treibstoffverbrauchs betrieben werden, wobei sie durch Umlaufrädergetriebe oder Vorgelege oder Kombination beider miteinander verbunden sind.Hybrid vehicle with combustion and at least an electric motor characterized by using a plurality of internal combustion engines different power for the vehicle drive, the corresponding the instantaneous power requirement of the vehicle individually or in groups or together in their own area operated by minimal fuel consumption, by Planetary gearbox or countershaft or combination of both connected to each other. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in Hand- oder Lenkradnähe angeordnete Verzögerungs-Bedienungselemente hoher Feinfühligkeit.Hybrid vehicle according to claim 1, characterized by in hand or steering wheel proximity arranged delay controls high sensitivity. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch gemeinsame Treibstofftanks, -filter und -pumpen der Verbrennungsmotoren.Hybrid vehicle according to claim 1 or 2, characterized through common fuel tanks, filters and pumps of combustion engines. Hybridfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch verbundene Kühlsysteme der Verbrennungsmotoren.Hybrid vehicles according to one of the preceding claims, characterized by associated cooling systems of the internal combustion engines. Hybridfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch verbundene Schmiersysteme der Verbrennungsmotoren.Hybrid vehicles according to one of the preceding claims, characterized by associated lubrication systems of internal combustion engines. Hybridfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verbrennungsmotoren und Getriebe als normierte Komponenten – Module eines Baukastensystems – in vorhandene Fahrzeugmodelle eingefügt werden.Hybrid vehicles according to one of the preceding claims, characterized in that the additional internal combustion engines and gearboxes as standardized components - Modules of a modular system - in existing vehicle models are inserted.
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