DE102009007190A1 - Antriebseinheit - Google Patents

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Abstract

Nebenverbraucherantriebssystem für Hybridfahrzeuge, wobei der Elektromotor mehrere Aufgaben wahrnehmen kann, somit Nebenverbraucher antreiben kann, als Generator zumindest einen elektrischen Energiespeicher laden kann und auch den Verbrennungsmotor starten kann, die modulare Bauweise und Nutzung von Synergien optimieren Gewicht und Bauvolumen, Verfahren optimieren dabei die mögliche Energieeinsparung.

Description

  • Stand der Technik:
  • Hybridfahrzeuge verwenden zum Starten des Verbrennungsmotors und zum Boosten zur Anfahrunterstützung häufig einen konzentrisch zur Kurbelwelle montierten Elektromotor welcher auch als Generator arbeiten kann Diese haben zum Betrieb der wesentlichen leistungsintensiven Nebenverbraucher wie dem Klimakompressor, dem Kühlerlüfter oder dem Druckluftkompressor zusätzliche separate Elektromotoren angeordnet, dies macht ein solches Hybridfahrzeug teuer und schwer.
  • Aufgabe ist es,
  • Ein System so anzuordnen, dass der Elektromotor zusätzliche Leistungsintensive Nebenverbraucher Antriebs- und Steueraufgaben wahrnehmen kann, und dabei ein Maximum an Energieeinsparung unter Nutzung der elektrischen Fahrzeuginfrastuktur und der Nebenverbraucherschaltungsmöglichkeiten erwirtschaftet, die Fahrzeugperformance bei Überholvorgängen verbessert, wobei das System auch möglichst kompakt und kostengünstig bauen soll.
  • Lösung:
  • Die Aufgabe wird durch die in dem Hauptanspruch 1 gezeigte Anordnung und den dazu passenden Betriebsverfahren, sowie den zugeordneten Ansprüchen gelöst.
  • Besonders vorteilhaft ist die im Steuergerät 8 gemeinsam untergebrachte Steuerlogik für den Leistungsteller bei gleichzeitiger zumindest teilweiser Überwachung der Nebenverbrauchersysteme.
  • Vorteilhaft ermöglicht das Steuergerät 8 die:
    • – Priorisierung der Aufgaben vom Elektromotor 2.
    • – Das kontrollieren von Aufgaben des Leistungsstellers in Fahrzeug dynamischen Problemsituationen.
    • – Das Multiplexen von Aufgaben für den Elektromotor unter Zuhilfenahme der Akkuladedaten ermöglicht außerdem die Realisierung Aufgaben seitlich angeflanschten Startergenerators auch den sinnvollen Antrieb von Nebenverbrauchern hoher Antriebsleistung wie Druckluftkompressoren und Klimakompressoren.
    • – Den Abbruch von Elektromotorbetriebsweisen, dann wenn plötzlich auftretende fahrzeugdynamische Situationen beispielsweise Instabilitäten dies erfordern. Desweiteren ist durch die Modularisierung des Nebenverbraucherantriebssystems 1 eine gemeinsame Nutzung der Kühlung und der Schmierung für Leistungsschalter Elektromotor und Nebenverbraucher möglich.
  • Desweiteren kann durch das Zusammenfassen der Steuer und Regelaufgaben von Elektromotor 13 und Nebenverbraucherzuschaltungseinrichtungen in einem Steuergerät 8 der Antrieb sehr schnell auf den Bedarf des Fahrzeugs angepasst werden, da die Kommunikationswege im Steuergerät 8 parallel ausgeführt sind und deshalb sehr kurz sind.
  • Durch die Verwendung von Navigationsdaten insbesonders der durch Verkehrszeichen hinterlegten und angezeigten Verkehrszeichen welche auch im Display 45 angezeigt werden der zu fahrenden Strecke kann der Energiehaushalt optimiert werden, und der Betrieb also die Bestromung vom Elektromotor und der Betrieb der Nebenverbraucher vorzeitig angepasst werden.
  • Die Verwendung von einer gemeinsamen Schmierung und Kühlung ermöglicht eine kompakte Bauweise, insbesonders wenn das Modul ein gemeinsames mehrteiliges Gehäuse mit ein gearbeiteten gemeinsam nutzbaren Kühlkanälen umfasst wobei zumindest noch die elektrischen Leistungsschalter des Elektromotors am Modul befestigt sind und mit gekühlt werden.
  • Figuren
  • 1; Nebenverbraucherantriebssystem mit Schiebestarterritzel
  • 2; Nebenverbraucherantriebssystem mit Kupplungsstarterritzel
  • 3; Nebenverbraucherantriebssystem mit Elektrohohlwellenrotor
  • 4, Nebenverbraucherantriebssystem Zweizylinder Antrieb über Kupplungsritzel
  • 5; Nebenverbraucherantriebssystem mit Direktantrieb der Nebenverbraucher
  • 6; Nebenverbraucherantriebssystem mit Heckmotontage des Elektromotors am Nebenverbrauchermodul
  • 7; Kühlkreislauf des Nebenverbraucherantriebsystems
  • 8; Blockschaltbild Nebenverbraucherantriebssystem
  • 9; Nebenverbraucherantriebssystem Verfahren im Multiplexbetrieb Batterieladevorgang
  • 10 Nebenverbraucherantriebssystem mit Energiemanagment bei Erstbefüllung
  • Beschreibung der 1
  • 1 zeigt einen Elektromotor 2 mit einem Rotor 23 und einer Elektromotorenwelle 23' und zwei aus dessen Gehäuse herausragenden Wellenenden 23'', 23'''.
  • Es ist ein Stator 80 mit mehreren Kupferwicklungen im Elektromotorengehäuse untergebracht.
  • Optional ist im Elektromotorengehäuse ein Drehwinkelsensor 81' untergebracht, welcher die Lage des Rotors 23 feststellt und die Information an das Steuergerät 8 übermittelt.
  • Der Stator 80 ist vorteilhafterweise durch einen Kühlkanal 32 kühlbar. Der Kühlkanal 32, es können auch mehrere parallele sein, verläuft vorzugsweise parallel zur Achse der Rotors 23 vom Elektromotor 2, dies vereinfacht dessen Herstellung.
  • Die Kühlflüssigkeit tritt am Anschluss 32' in das Elektromotorengehäuse 81 ein und fliest dann durch den Kühlkanal 32 zum Kompressorkühlraum 87, welcher zumindest aus einem Kanal 84 in der Ventilplatte des Kompressors 13' besteht.
  • Im Falle ein Schraubenkompressor eingesetzt wird ist anstelle des Verdichterkolbens als Verdichterelement ein gegenseitig drehendes Schraubenpaar eingesetzt. Durch ein elektromagnetisch beeinflussbares Druckleitungsventil zwischen saug und Druckseite wird dort die Förderleistung von einem Steuergerät 8, 36 beeinflusst.
  • Das dem Elektromotor 2 zufließende kalte Kühlmittel fliest nachdem es den Elektromotor verlässt in das Schraubenkompressorengehäuse, und später dem Verbrennungsmotor zu. Die Kühlmittelpumpe 93 sollte elektrisch angetrieben sein.
  • Vorteilhaft ist wenn der Kompressor 13' in diesem Modul 1' zur verbesserten Schmierung eine Kunststoff, Keramik oder Teflonkolbenführung hat, die Lager des Pleuels und der Kurbelwelle beidseitig als Wälzlager ausgeführt sind und eine größere Tauchbadtiefe aufweist.
  • Damit ist es möglich bei stehendem Verbrennungsmotor die Energiespeicher, den Behälter 31 bei laufender elektrisch umgewälzten Kühlung zumindest teilweise zu füllen und die Schmierung zumindest bis zum Start des Verbrennungsmotors auszusetzen.
  • Das Steuergerät 8 starten dann durch ein elektrisches Signal die el. Wasserpumpe 93 und berücksichtigt dabei die gemessene Kühlwassertempertur 11'.
  • Auch beim Druckluftkompressor 13' fliest das Kühlmittel nachdem es den Druckluftkompressor 13' verlässt wieder dem Motorenkühlkreislauf zu.
  • Der Verbrennungsmotorenkühlkreislauf ist vorteilhafterweise parallel angeordnet er hat wesentlich größere Querschnitte, da durch dessen Kühlbohrungen die ca. 30 fache Kühlmenge fließt.
  • Vorteilhafterweise wird der Leistungsschalter 33 in der Nähe eines Kühlkanals 32 vom Elektromotor 2 angeordnet, damit die Verlustwärme des Leistungsschalters dem Kühlmittel abführbar ist, das Kühlwasser hat hier noch eine ca 10°–15° geringere Temperatur.
  • Das Kühlwasser erwärmt sich im heißen Druckluftkompresser welcher im Bereich der Ventilplatte bis zu 150°C heiß wird, sehr stark, weshalb dort ein Anordnen des Leistungsschalters 33 nicht sinnvoll ist.
  • Die Ventilplatte des Verdichters ist mit Kühlkanälen und Kammern 84 für das Kühlwasser versehen und führt das Kühlwasser vom Elektromotor 2 kommend.
  • Die Temperatur im Bereich der Leistungsschalter 33 wird mit einem Temperatursensor gemessen, und diese wird vorteilhafterweise dem Steuergerät 8 übermittelt, welches den Elektromotorenstrom entsprechend der gemessenen Temperatur beeinflussen kann.
  • Als Ersatz kann auch der Messwert des Kühlmitteltemperatursensor 11' des Verbrennungsmotors 4 verwendet werden.
  • Bei zu hoher gemessener Temperatur wird die vom Elektromotor 2 abzugebende Leistung durch den Leistungsschalter 33, angesteuert vom Steuergerät 8 begrenzt und die Nebenverbraucher 13, 13, 13''' mit einer geringerer Drehzahl angetrieben oder gar ganz abgeschaltet, bzw. abgekuppelt.
  • Der Elektromotor 2 hat in 1 dargestellt zwei Wellenenden 23'', 23''', An einem Wellenende 23''' ist ein Starterritzel 12 aufgebracht. Das Starterritzel 12 ist mit einem Umlenkgestänge 17 und einem Hilfsmittel 15 bzw. einer Magnetspule 16 axial verschiebbar und lässt sich so über den Zahnkranz des Schwungrades 20 oder ein weiteres Zahnrad welches mit der Kurbelwelle in Verbindung steht schieben.
  • Es ist aber auch eine optionale Ausführung möglich bei welcher das Starterritzel 12 dauernd mit dem Zahnrad 20 im Eingriff steht und über eine strom los geöffnette Anlasserkupplung 22, nur für die Zeit des Starts vom Verbrennungsmotors 4 mit dem Rotor 23 des Elektromotors 2 verbunden wird.
  • Der Startvorgang des Verbrennungsmotors 4 läuft folgendermaßen ab:
    Nach dem Stecken des Zündschlüssels 51 welches einen elektrischen Stromimpuls zum elektrischen Anschluss 62' an das Steuergerät 8 abgibt und bei nachfolgendem Betätigen des Starterknopfes 50 wird das Ritzel 12 mittels einem Gestänge 17, 19 und einer Gabel 18 vor dem Start des Verbrennungsmotors 4 in das Zahnrad 20 geschoben.
  • Bis dahin wurde sichergestellt das der bzw. die Nebenverbraucher abgeschaltet sind indem der Nebenverbraucher 13, 13', 13'', 13''', 14 entweder vom Elektromotor durch eine Nebenverbraucherkupplung 30, 130 abgekuppelt wird, oder die Druckseite dieser Nebenverbraucher-Verdrängermaschinen entlastet wird.
  • So, daß diese Verdrängermaschinen während des Startvorganges kein Druck aufbauen und damit den Elektromotor 2 nicht zusätzlich zu belasten.
  • Nun werden die Wicklungen bestromt so kann der Elektromotor 2 über das im Eingriff stehende Starterritzel 12 den Verbrennungsmotor 4 starten.
  • Das Verbrennungsmotorsteuergerät 36 sendet dem Steuergerät 8 die Motorendrehzahl 12, damit nach erfolgreichem Start und hinreichender Drehzahl des Verbrennungsmotors 4 der Startvorgang abgebrochen werden kann.
  • Der Startvorgang wird abgebrochen, sobald der Verbrennungsmotor eine gewisse Drehzahl überschritten hat, was durch den Sensor 12 gemessen wird. Der Wert für diese Startergrenzdrehzahl ist in einem der Steuergeräte 8, 26 abgespeichert.
  • Das Starterritzel wird danach wieder zurückgeschoben. Nun kann die Kupplung 30 danach schließen um die Nebenverbraucher, die Lenkhilfepumpe 13'', den Kompressor 13' und Antrieb weiterer Nebenverbraucher, den Elektromotor 2 im Generatormodus über den Verbrennungsmotor 4 anzutreiben.
  • Wenn die Kupplung 30 geschlossen ist werden die Wellen 46 und die Welle 23' des Rotors 23 vom Ritzel 20 des Verbrennungsmotors angetrieben.
  • Fehlt noch Druck im Energiespeicher 31 dem Druckluftbehälter, so wird nun die Nebenverbraucherumschalteinrichtung 24, 25, 75 so umgeschaltet, dass der Kolben 24 entlüftet werden kann und der Druckluftkompressor 13' mit dem Fördern beginnen kann, bis der Abschaltdruck erreicht ist.
  • Der Kolben 24' ermöglicht im Falle er den Ventilsitz in der Ventilplatte öffnet ein zuschalten eines Schadraumes, wodurch der Druckluftkompressor keinen Druck in der Druckleitung mehr aufbauen kann.
  • Bei einem Zweizylinder-Druckluftkompressor 13' verbindet das Öffnen dieses Ventilsitzes die zwei Verdichterräume der 2-Zylinder des Verdichters, auch hier kann dann kein Druck aufgebaut werden.
  • Der Kompressor braucht fast kein Antriebsmoment und läuft quasi im Leerlauf. Es gibt auch Ausführungen bei denen der Kolben 24' die Ventile des Kompressors 13' derart beeinflusst dass ein Druckaufbau nicht möglich ist.
  • Der Elektromotor 2 kann bei laufendem Verbrennungsmotor 4 auch als Generator arbeiten, oder kann den Verbrennungsmotor 4 unterstützend antreiben Der Vorteil der Anordnung ist, dass er kann bei gelöster Kupplung 30 und ausgekuppeltem Starterritzel 12 auch ausschließlich den Kompressor 13' bei stehendem Fahrzeug 3 und Verbrennungsmotor antreiben kann und so Emissionsarm das fahrzeug betriebsbereit machen, dies gilt auch für eine evt zugeschaltete Klimaanlage deren Kompressor dann in dieser Situation zugeschaltet und vom Elektromotor 2 angetrieben werden kann.
  • Damit ist es möglich bei stehendem Verrennungsmotor und stehendem Fahrzeug sowie gestecktem Zündschlüssel 51 und fast leerem, der Druckluftbehälter 31 den Druckluftbehälter 31 aufzufüllen.
  • Dieser Vorgang wird abgebrochen wenn die Batterie 6 einen Ladezustand erreicht der grade noch hinreichend ist auch bei tiefer Temperatur den Verbrennungsmotor zu starten, also einen sog. Kaltstartvorgang durchzuführen.
  • Das erforderliche Kaltstartmoment zum Start des Verbrennungsmotors 4 ist im Steuergerät 8 abgespeichert und wird wie die Umgebungstemperatur bei der noch vorzuhaltenden Starter-Energie der Batterie 6 mit eingerechnet. Wird die Batterie 5 in zyklenfester Bauweise ausgeführt kann diese auch so angeordnet und geschaltet werden, dass auch von Ihr noch Energie dem Elektromotor 2 zufließen kann.
  • Bei hoher Umgebungstemperatur kann dann also dieser elektrisch angetriebene Druckbehälterladevorgang länger anhalten, da infolge geringen Kaltstartenergie weniger Batterieinhalt 6 vorgehalten werden muss.
  • Das Steuergerät 8 berücksichtigt bei der Berechnung der noch vorzuhaltenden Starterenergie die Umgebungstemperatur gemessen durch einen Tempretaursensor 88 welcher den Messwert über eine elektrische Leitung dem Steuergerät 8 mitteilt.
  • Der Ladezustand der Batterie 8 wird zumindest anhand des Messwertes eines Spannungsensors 6' ermittelt.
  • Die Steuerelektronik 8 erhält außerdem den gemessenen Druckwert des Drucksensors 37 über eine elektrische Leitung 38. Somit ist der Steuerkreis geschlossen.
  • Das Verbrennungsmotorsteuergerät 36 hat einen elektrischen Speicher 35 und zumindest einen Computer welcher zumindest die Aktuatoren Zündhilfe (Glühkerze) 9 und Einspritzdüsen 10 betätigt.
  • Wahrend des Startvorgangs ist die zeitliche Abfolge zum Betätigen dieser Aktoren im elektrischen Schreib-Lesepeicher 40'' größtenteils hinterlegt. Hierzu gehören Vorglühzeit, Glühabbruchbedingung, Start des Einspritzens die Einspritzlänge durch die el. steuerbaren Einspritzdüsen 10, in Abhängigkeit der Kurbelwinkelstellung gemessen durch den Sensor 10', und Daten aus dem elektrischen schreib-lese Speicher abgelegt.
  • Die gemessenen Signale der Sensoren 10', 11, 11' und der im Fahrzeug installierten Sensoren und Stueregreäte 5060, 150 werden über eine serielle elektrische Datenleitung an das Steuergerät 8 weitersendet.
  • Der Verbrennungsmotor 4 hat auf dem Schwungrad 20 eine Kupplung 21 mit welcher er den Kraftfluss an ein Getriebe 47 welches die Antriebsräder 44 antreibt zuschalten kann.
  • Das Steuergerät 8 hat desweiteren zumindest eine elektrische Leitung 5' zum Leistungsschalter 33 um die einzelnen Leistungsschalterbauteile 40 welches vorteilhafterweise Thyristoren sind und gemeinsam eine mehrphasige Drehstrombrücke bilden. Die Kommunikation zwischen Steuergerät 8 und Leistungschalter 33 kann vorteilhafterweise seriell sein. Außer den Thyristor oder GTO Zündsignalen können weitere Daten auch Diagnose und Messwerte über diese elektrische Leitung 5' welche auch mehradrig sein kann gesendet werden.
  • Der Leistungschalter 33 bildet mit dem Zwischenkreiskondensator 85 und dem primär Schalter 86 welcher direkt von der Batterie versorgt wird eine Baugruppe.
  • Der Leistungschalter 33 ist vorzugsweise gekühlt und an einer Stelle montiert an welcher er thermische Verlußtenergie in das Gehäuse mittels Wärmeleitung abführen kann.
  • Hilfreich dafür ist dass im Gehäuse des Leistungsschlaters 33 Kühlkanäle in kleinem Abstand unter dem Halbleiter 40 verlaufen, welche nach Möglichkeit mit Rippen 33' zu einer großen WE-Oberfläche versehen sind und so einen guten Wärmweübergang ermöglichen. Vorteilhaft ist die Verwendung einer Keramikscheibe, Grundkörpers zwischen den Leistungschaltern 40 und dem Kühlwasserbereich, bzw dem Gehäuse. Der Keramikkörper hann auch mit Kühlmittelkanälen versehen sein.
  • Idealerweise ist der Leistungsschalter also in der Nähe des Kühlmittelzulaufs 32' eingebaut.
  • Vorteilhafterweise kann zwischen den Leistungsschaltern 33 und dem Gehäuse mit den Kühlmittelführungen noch ein Peltierelement 83 angeordnet sein welches zumindest zeitweise bei hohen gemessenen Kühlmitteltemperaturen und hohen Strömen von der Steuerelektronik 8 zugeschaltet wird. Insbesonders dann wenn der Elektromotor 2 vom Steuergerät 8 im Bremsbetrieb betrieben wird, also dann wenn alle Energiespeicher 5, 6, 31 31' aufgeladen sind ist diese Anordnung zur verstärkten Halbleiterkühlunghilfreich. Das Verwenden einer Keramikplatte für den Wärmeübergang der elemente des Leistungsschalters 33 zum Gehäuse ist hilfreich.
  • Der Schlupf ist der Drehwinkelversatz des Rotors zum Drehfeld, bezogen auf einen Pol.
  • Der Elektromotor 2 kann vom Leistungsschalter 33 in mehreren Betriebsweisen betrieben werden.
  • Als Elektromotor mit positiven Schlupf und damit dem Rotor vorauseilendem Erregerdrehfeld
  • Als Generator angetrieben mit einer übersynchroner Drehzahl mit großem negativem Schlupf und einem dem Rotor nacheilendem induzierten Erregerdrehfeld mit umgekehrter Stromrichtung.
  • Als Bremsmotor mit übersynchroner Drehzahl mit mittlerem negativem Schlupf und nacheilendem Erregerdrehfeld
  • Die Größe des Schlupfes und damit auch das Drehmoment des Elektromotors 2 in Größe und Wirkrichtung wird vom Steuergerät 8 durch die Bestromungsfolge der Bauteile des Leistungsschalters vorgegeben.
  • Vorteilhafterweise weiß das Steuergerät 8 zum Steuern dieser Betriebsweisen die mit dem Sensor 10' gemessene Drehzahl des Verbrennungsmotors 4.
  • Der Drehzahlsensor 10' ist vorteilhafterweise derart ausgeführt dass er auch die Drehrichtung erfassen kann somit ist ein effizienter Start des Verbrennungsmotors durch Bekanntgabe des Kurbelwellenstandes möglich. Das verbessert den Kaltstart und Stop und Go Betrieb des Fahrzeugs 3 Damit kann das Steuergerät 8 die Halbleiter 40 den Leistungsschalter 33 zeitlich richtig bestromen und den Schlupf in einem Bereich der geforderten Betriebsweise des Elektromotors verändern und anpassen. Hilfreich ist ein weiterer Drehzahlsensor 81'welcher die Drehzahl der Welle 46 direkt misst.
  • Diese letztere Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil dass die Funktion, das Verschleiß und Schleifen, der Kupplung 30 überwacht werden kann.
  • Desweiteren hat das Steuergerät 8 einen elektrischen Anschluss 42 zumindest zum einlesen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
  • Der Leistungssteller 33 ist vorteilhafterweise in das modulare Gehäuse 1'' integriert.
  • Dies ermöglicht eine kurze Kabelausführung von den Schaltern zur zugehörigen Elektromotorenwicklung 2 mit den Vorteilen:
    Der Einsparung eines separaten Leistungschaltergehäuses und Montage
    Der Steckereinsparung am Kabel 86 zwischen Leistungsschalter und Motorenwicklung
    Der 50% kleineren Kondensatorausführung 85 im Zwischenkreis
    Der verbesserten Elektromagnetischen Verträglichkeit-EMV
    Der optimalen Kühlung des Leistungschalters 33, des Elektromotors 2 und des Nebenverbrauchers 13 (Druckluftkompressor 13').
  • Der Leistungsschalter 33 wird von der Batterie 6 mit Strom versorgt. Die Energie dieser Batterie 6 wird gemessen, indem Spannung 6'' und Strom 6' überwacht werden und zumindest einer der gemessenen Werte über ein elektrisches Kabel dem Steuergerät 8 übermittelt werden.
  • Das Batterieverhalten wird zyklisch vom Steuergerät 8 überwacht und die ermittelten Kenndaten wie Ladezustand, innerer Batteriewiederstand, dessen Veränderung die Alterungseinflüsse der Batterie werden im el. Speicher 40'' des Steuergeräts 8 abgespeichert, und beim Betrieb des Elektromotors 2 berücksichtigt. Im Falle Fehler auftreten werden diese über das einschalten einer Warnanzeige 91 dem Fahrer mitgeteilt. Das Steuergerät 8 überwacht den Elektromotor 2 und die Nebenverbraucher 13, 13', 13'', 14 indem es elektrische Signale hierfür verarbeitet.
  • Der Zwischenkreiskondensator 85 hat die Aufgabe Energie kurzzeitig für einen gewissen Phasenwinkel zu Puffern also Leistungsspitzen zu glätten. Sowie den Akku und die GTO's Thyristoren, Schalter 40 zu schonen und die EMV zu verbessern.
  • Weitere Leistungsschalter 86 welche mit den Polen des Kondensator 85 verbunden und von der Batterie 6 gespeist werden dienen der Spannungsanpassung von Batterie 6 an die Versorgung des Elektromotors 2.
  • Diese Leistungschalter haben unter anderem die Aufgabe die Spannung im Zwischenkreis am Kondensator 85 zu beeinflussen.
  • Diese Schalter 86' können bei geschickter PWM-Schaltweise die Spannung im Zwischenkreis des Kondensators 85 durch sog. Choppern z. B. el. Ladungspumpe durch Takten auf über 30% erhöhen wobei dann vorteilhafterweise zusätzlich Leistungsdioden eingesetzt werden müssen, um einen Stromrückfluß aus der Ladungspumpe in die Batterie zu verhindern.
  • Die Batterie 6 wird mit Sensoren 6', 6'' überwacht indem beispielsweise ein definierter Laststrom vom Steuergerät 8 entnommen wird und dabei der Spannungseinbruch zwischen den Batteriepolen mit einem Spannungsensor gemessen wird.
  • Diese Batterie 6 ist vorzugsweise für erhöhte Ladezyklen und erhöhte Spannung (ab 40 V) ausgelegt.
  • Eine weitere Batterie 5 ist als Niedervolt Batterie für max. 24 V ausgelegt und hat die Aufgabe zumindest die Steuergeräte 8, 36, 4060, 150 und die zugehörigen Nebenverbraucherschalteinrichtungen 24, 25, 14, 28 mit Strom zu versorgen.
  • Diese Batterie 5 wird aus der Batterie 6 nachgeladen nachgeladen, dies kann vom Steuergerät 8 überwacht werden.
  • Diese Batterieüberwachungsfunktionen für Batterien 5, und 6 können auch teilweise ausgelagert werden z. B. in ein Fahrzeugsteuergerät, dann werden diese Akkudaten über eine el. Leitung 42, 34 dem Steuergerät 8 zur Ansteuerung des Leistungschalters 33 mitgeteilt
  • Das Steuergerät 8 ist vorteilhafterweise so angeordnet bzw. platziert, dass möglichst keine Wärme vom modularen Gehäuse auf die Halbleiter 40 übertragen wird.
  • Das Steuergerät 8 kann im Motorraum an der Karroserie vorzugsweise einem Kühlenden Blech oder außerhalb des Motorraumes montiert sein, beispielsweise im Führerhaus oder Kofferraum des Fahrzeugs.
  • Zu den Halbleitern 40 zählt auch ein Mikrokontroller 40' und ein elektrischer Schreib/Lesespeichern 40'' in welchem Kennwerte des Fahrzeugs 3 wie die Verbrennungsmotorengröße, die Konfiguration des Antriebs also des Schaltgetriebes, das Fördervolumen der Nebenverbraucher 13, 13'', 13''', der Leistungsbedarf der Nebenverbraucher abhängig vom Gegendruck und deren Antriebsdrehzahl und die Batteriegröße und Nennspannung der Batterie 6.
  • Desweiteren sind Kenndaten des verwendeten Elektromotors 2 abgespeichert.
  • Zu diesen gespeicherten Kennwerten gehören auch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Kubelwelle 12 und der Nebenverbraucherantriebswelle welle 46; sowie das Übersetzungsverhältnis von der Kurbelwelle 12' zum Elektromotor 2.
  • Der hier dargestellte Druckluftkompressor 13' ist eine Hubkolbenmaschinekann aber auch als ein Schrauben, ein Drehzahn, oder ein Scrollkompressor ausgeführt sein.
  • Er fördert Druckluft zur Luftfederung eines Fahrzeugs 3 und optional auch zur Bremskraftunterstützung bei kleinen bis mittleren Nutzfahrzeugen.
  • Am Kompressor hinten angeflanscht sein kann eine hydraulische Lenkhilfepumpe 13''.
  • Diese Lenkhilfepumpe ist derart aufgebaut, dass deren Fördervolumen veränderlich ist.
  • Diese Fördervolumenveränderung wird realisiert entweder durch abkuppeln der Antriebswelle unter Verwendung einer durch eine Feder im stromlosen zustand geschlossenen Kupplung, oder durch verändern der Exzentrizität ”e” gemessen zwischen des Förderläuferachse und der Lenkhilfenpumpenantriebsachse.
  • Eine weitere Möglichkeit der Fördervolumenverstellung bei Lenkhilfepumpen ist das öffnen eines Bypasses von der Druckseite zur Saugseite der Lenkhilfepumpe wodurch es möglich ist den Druckaufbau in der Hydraulikleitung zu reduzieren, vorzugsweise durch elektrischen Steuerbefehl. Ein Lenkungssteuergerät oder ESP Steuergerät welchen den Lenkwinkel mit einem el Lenkwinkelsensor misst kann elektrische Informationen dem Steuergerät 8 zusenden welche diese in die Regelung mit aufnehmen kann.
  • Der Druckluftkompressor 13' saugt die gefilterte Luft aus dem Motorenluftfilter des Verbrennungsmotors 4 an.
  • Er fördert diese über ein Trockner und Filterelement 90 zum Rückschlagventil 73 von wo aus diese Luft in die Energiespeicher 31 den sogenannten Druckluftbehältern fliest.
  • Ist der dem Rückschlagventil vorgeschalteter Filter 90 gesättigt, so wird ein Magnetventil 74 zur Regeneration des Filters bei gleichzeitigem öffnen eines Ablassventils 25' betätigt. Die gesäuberte, getrocknete Luft kann nun aus dem Behälter 31 über das Magnetventil 74 am Rückschlagventil 73 vorbeiströmen und über das Ablassventil ins Freie entweichen.
  • Wird die Anlage bei stehendem Verbrennungsmotor befüllt, indem der Elektromotor 2 den Kompressor 13' antreibt, so wird die gefilterte und getrocknete Luftmenge aus der Anzahl der Elektromotorenumdrehungen während der Zeit in welcher der Elektromotor 2 den Verdichter antreibt und dem realen Fördergradienten idealerweise unter Einbezug von Gegendruck 37 und Drehzahl ermittelt vom Steuergerät 8 des Druckluftompressors 31 sowie dem gespeicherten Wert der geförderten Luftmenge vor diesem elektrischen Füll bzw. Fördervorgang, welche im elektrischen Schreib/Lesespeicher 40'' gespeichert sind.
  • Ist das getrocknete Luftvolumen größer als ein vorgegebener im Schreib/Lesespeicher des Steuergerätes 8 abgespeicherten vorgegebener Wert, so muss dieser elektrische Fördervorgang abgebrochen werden und eine Regeneration des Filters vorgezogen werden. Danach kann der Elektromotor 2 den Kompressor 13' wieder antreiben.
  • Treibt der Verbrennungsmotor 4 über die geschlossene Kupplung 30 den Verdichter 13' an, so wird das geförderte gefilterte und getrocknete Luftvolumen errechnet aus dem realen Fördergrad des Verdichters, der Drehzahl der Verdichterantriebswelle 46 und der Zeit in welcher die Kupplung 30 wirklich geschossen ist und die Nebenverbraucherzuschalteinrichtung 24, 24' den Kompressor bzw. Verdichter 13' auf Fördern stellt. Der Gegendruck im Behälter 31 wird beim bestimmen des spezifischen Fördergrades selbstverständlich mitberücksichtigt.
  • Tritt in diesem System ein von der Steuerelektronik 8 und daran angeschlossener Sensor ein detektierbarer Fehler auf, so sendet die Steuerelektronik 8 ein elektrisches Fehlersignal welches dem Fahrer über eine daran angeschlossene optische Warnanzeige 91 die Fehlersituation mitteilt.
  • Beim Auftreten von Schubphasen beispielsweise durch bergabfahrt, durch Bremsvorgänge gewünscht vom Fahrer über die Betätigung der Betriebsbremse 58, die Betätigung Dauerbremsschalters 57, der Geschwindigkeitsbegrenzung bei bergabfahrt z. B. durch den Tachomat, oder durch eine Abstandsregelung ACC kann diese Anordnung nicht nur die Batterie auf einen höheren Wert aufladen sondern auch den Druckluftbehälter auf einen höheren Druck aufladen.
  • Das Bremsmoment des Nebenverbraucherantreibssystems 1 wird somit unter Benutzung vom Elektromotor 2 und des Nebenverbraucher fast ver doppelt, und kann dann typisch bis 500 Nm betragen, dies sind bei einer mittleren Gangwahl am Antriebsrad 44 dann ca 3 KNm.
  • Der Ladestart kann vor Erreichen des eigentlichen Einschaltniveaus der Energieträger Batterien 6, 5 vorgezogen werden. Auch der Behälter 31 kann vorzeitig nachgefüllt werden.
  • Da der Anlasser als Bauteil sowie die Lichtmaschine zusätzlich eingespart wird; zumal auch diese Aufgaben in diesem Modul 1' funktional mit aufgenommen sind, wird ein weiteres Gewicht eingespart und durch Wegfall von Lichtmaschine und Anlasser auch der Qualitätslevel erhöht.
  • Dies erfordert allerdings von den einzelnen beteiligten Komponenten des Nebenverbraucherantriebsystems 1 eine optimale Verknüpfung da von Elektromotor 2, dem Leistungsschalter 33 der Kühlung 32 dem elektrischem datenfluss 5'.
  • Die Anzahl der Lastzyklen und durch die Umschalthäufigkeit sind fast verdoppelt.
  • Der Elektromotor 2 hat dadurch eine hohe Einschaltdauer ca 86% um all diese Forderungen von Generator, Nebenverbraucherantrieb und der Verbrennungsmotorenantriebsunterstützung erfüllen zu können. Das Steuergerät 8 muss in der Lage sein zwischen diesen Funktionen des E-Motors schnell und weich den Leitungsschalter 33 umzuschalten um allen Anforderungen gerecht zu werden und die Nebenverbraucher 123, 13' 13''', 14 zu schalten.
  • Das Steuergerät muss die geforderten Funktionen priorisieren unter Zuhilfenahme von im elektrischen Schreib/Lesespeicher 40'' des Steuergeräts 8 abgelegten und abgespeicherten Proiritätswerten der einzelnen Funktionen. So hat das Laden der Batterie 6 durch den Elektromotor 2 Vorrang vor dem antriebsunterstützenden Boostbetrieb des Verbrennungsmotors 4 durch den Elektromotor 2.
  • Das Laden der Batterie 6 vorzeitig und auf Schubphasenniveau kann im Fade keine Gefällestrecke gefahren wird und/oder kein Bremsbetrieb erforderlich ist auch als Kennfeldanhebung des Verbrennungsmotors 4 zugeschaltet werden, dann wenn der Verbrennungsmotor in einem schlechten Kennfeldbereich läuft und durch zuschalten dieser zusätzliche Last den Wirkungsgrad verbessern kann.
  • Bei ASR Regel Zyklen/Vorgängen also dann wenn eines der Antriebsräder 44 durchdreht wird der Boostbetrieb des Elektromotors 2 vom Steuergerät 8 abgeschaltet, um den ASR-Regel nicht zu beeinträchtigen. Diese Abbruchanforderung erhält das Steuergerät 8 vom ABS/ASR Steuergerät über die elektrische Leitung 42, 34 bzw. dem EBS Steuergerät wenn ein EBS eingebaut ist.
  • Beim Auftreten von ABS Regelzyklen also dann wenn eines der Räder 44 durchdreht, gemessen vom Raddrehzahlsensor 54 während eines Bremsvorganges kann das Bremsmoment des Elektromotors 2 vorteilhafterweise auch vom Steuergerät 8 reduziert werden.
  • Bei Schleudervorgängen also dann wenn das ESP des Fahrzeugs anspricht wird das Steuergerät 8 den Elektromotor auch derart beeinflussen dass dessen Drehmoment reduziert wird.
  • Desweiteren muss das Steuergerät 8 zumindest eine Datenschnittstelle 42, 34 haben um die Fahrerwünsche elektrisch übermittelt durch Pedale und Geber zu erhalten und über eine solche elektrische Datenschnittstelle auch Fahrzeugdynamische Werte und Sensorwerte von anderen Steuergeräten z. B.: ABS, ASR, ESP, Tachograph, Fahrzeugrechner, zu erhalten.
  • Das Steuergerät 8 erhält somit auch neben den Verbrennungsmotor und Getriebesteuergerätedaten auch Daten von einem Navigationsgerät 45 welches es ermöglicht eine vorrauschauende Einstellung des Leistungsschalters 33 zu ermöglichen.
  • Das Steuergerät 8 kann außerdem den Elektromotor 2 als Drehschwingungsdämpfer für den Verbrennungsmotor einsetzen und den Leistungsteller 33 in der zeitlichen Zündfolge der Thyristoren entsprechend anpassen, der mechanische Drehschwingungsdämpfer kann dann einfacher ausgeführt erden, da zumindest Drehzahlschwebungen abgefangen werden können.
  • Das Steuergerät 8 kann den Elektromotor 2 zur Verbrennungsmotorenleistungsabgabe bei Überholvorgängen gewünscht vom Fahrer durch eine schnelle Gaspedalbetätigung dazuschalten.
  • Das Steuergerät 8 kann den Elektromotor 2 als Klopfunterstützung zuschalten, dann wenn der Verbrennungsmotor 4 heiß gefahren ist und eine hohe Leistungsnachfrage vom Fahrer über das Gaspedal 55 dennoch gewünscht wird. Dies wird vorteilhafterweise vom Klopfsensor angezeigt, dann unterstützt der Elektromotor 2 den Verbrennungsmotor 4 mit Drehmoment um den Kolbendruck zu reduzieren. Der Ladedruck des Turboladers kann dabei vom Steuergerät 36 mit beeinflusst werden.
  • Ein solches Nebenverbraucherantriebsystem 1 verlangt Idealerweise eine Vormontage als Baugruppe wobei das Kühlsystem und das Schmiersystem der Zahnräder, und des Nebenverbrauchers, z. B. Kolbenverdichters und des Elektromotors 2 aufeinander abgestimmt sind.
  • Wobei dann die mit hohen Strömen getakteten elektrischen Leitungen 86 vormontiert werden können.
  • Ein solches Modul ist einfacher EMV-optimierbar.
  • Die Anordnung vom Leistungsschalter 33 und den getakteten Leitungen 86 im gemeinsamen modularen Gehäuse 1'' welches einteilig aber aus gusstechnischen Gründen auch mehrteilig sein kann wobei die Ströme sich über 100–400 Ampere bewegen, was zu starken abstrahlenden Funkstörungen und elektrischen Leitungsstörungen bei einer schlechten Abstimmung führen kann. Die Abschirmung dieser Starkstromleitungen 86 durch Gusskanäle und Durchbrüche im gemeinsamen Gehäuse 1' ermöglicht einen störfreien Betrieb des Moduls.
  • Die Einsatzdauer des Elektromotors 2 erhöht sich je nach Fahrstrecke z. B. im Stadtbereich auf über 85%, weshalb auf eine Flüssigkeitskühlung des Moduls 1 nicht verzichtet werden kann.
  • Das Steuergerät 8 kann auch funktional zumindest teilweise in ein anderes Steuergerät des Fahrzeugs z. B. im Steuergerät 36 oder in einem Fahrzeugführungsrechner welcher die Schnittstelle zum Fahrer bildet implementiert werden.
  • Anstelle eines Druckluftverdichters 13' kann auch ein Klimakompressor 13''' in das Modul eingebunden werden z. B. beim Einsatz in einen PKW ohne Luftfederung.
  • Dann dient als Energiespeicher ein Kühlraum 31' oder ein Kältespeicher in Form eines Festkörperkältespeichers z. B. Eis auch hier kann die Kühlung nach Abgleich mit einem Temperatursensor 31'' und einem voreingestellten werden durch den Fahrer etwas vorgezogen werden oder in Bereichen in welchen Fahrer nicht so temperaturempfindlich verlagert werden und tiefer abgesenkt werden.
  • Dem Elektromotor 2 kann aber auch ein Lüfter 14, vorzugsweise unter Verwendung einer elektrisch ansteuerbaren Viskokupplung 14' zugeschaltet werden, dann treibt der Elektromotor 2 den Kühlerlüfter 14 Drehzahlgeregelt und Energiesparend. Insbesonders werden Kühlerlüfter 14 in Situationen zugeschaltet wenn der Stromverbrauch des Gesamtfahrzeugs niedrig ist, also bei Tagfahrt, und die Batterie 6 warm ist.
  • Ansonsten kann der Kühlerlüfter durch Schließen der Kupplung 30 vom Verbrennungsmotor 4 direkt angetrieben werden.
  • Hilfreich ist wenn ein Kühlerlüfter 14 elektrisch durch Elektromotor 2 angetrieben noch nachlaufen kann auch dann wenn der Verbrennungsmotor 4 steht, was hier bei einer geöffneter Kupplung 30 möglich ist.
  • Auch hier muss das Steuergerät 8 Prioritäten setzen beim zu- und abschalten der verschiedenen Nebenverbraucher zumindest durch die Hilfsmittel 30, 130, 24, 25 und dem Abgleich mit der Bestromung des Leistungsschalters 33 und dem Betrieb des Verbrennungsmotors 4 und verwendet dabei elektrisch vorabgespeicherte Kennwerte des elektrischen Schreib/Lesespeichers 40'' und Messwerte der Sensoren 31'', 37, 6', 6'' zumindest der Energiespeicher 31, 31', 5, 6.
  • Beschreibung der 2
  • 2 zeigt eine bauliche Ausführung eines solchen modularisierten Nebenverbraucherantriebssytems 1
  • Der Rotor des Elektromotors 2 steht hier direkt dauernd mit einem Zahnrad 20 des Verbrennungsmotors 4 dauernd in Verbindung.
  • Der Verbrennungsmotor 4 treibt hier außerdem dauernd die Lenkhilfepumpe 13'' an.
  • Die Lenkhilfepumpe 13'' ist eine verstellbare Pumpe um bei Verbrennungsmotorstart-Vorgängen oder bei Überhohlvorgängen die deren Leistung zurück zu regeln.
  • Die Lenkhilfepumpe 13'' ist permanent vom Verbrennungsmotor 4 angetrieben.
  • Der Nebenverbraucher 13 ist hier ein Druckluftkolbenkompressor 13' mit einer Ventilplattenkühlung 84. Zusätzlich kann der Zylindermantel durch Kompressorkühlräume 87 gekühlt werden.
  • Die Kühlmittelkanäle 32 sind vorteilhafterweise in dem Modularen Gehäuse 1'' untergebracht.
  • Es können auch optional zusätzlich zur Kühlwasserführung in den Kühlkanälen 32 in diesem modularen Gehäuse 1'', abdichtbare Kühlwasserleitungsschlangen, bzw. Kühlleitungswendeln 3' eingesteckt oder eingelegt werden, dann wenn der durch das Modulare Gehäuse 1' bildbare Kühlkanal unterbrochen wird, oder eine zusätzliche Oberfläche zur Wärmeabfuhr benötigt wird Die Kühlkanäle 87 und auch die Schmierkanäle 87'' werden vorzugsweise durch Formdichtungen 87' gebildet und abgedichtet.
  • Idealerweise werden die Zahnräder 75, 75', 75'' 20', der Kompressor 13' und mit dem gleichen Schmiermittel, dem Verbrennungsmotorenöl geschmiert. Auch die Elektromotorenlager können vorteilhafterweise in diese Schmiersystem mit eingebunden werden.
  • Bei Verwendung einer Kupplung 30 wird der Kompressor 13' dann abgeschaltet wenn der Druckluftbehälter 31 ein vorgegebenen Druck erreicht hat indem die Kupplung 30 durch ein elektrisch zugeschalteten Strom oder einen Stromimpuls geöffnet wird.
  • Ein Magnetventil 74'' ermöglicht ein öffnen der Kupplung 3. Dieses Magnetventil wird vom vorteilhafterweise auch vom Steuergerät 8 angesteuert. Das Magnetventil 74'' ist ein stromlos druckabbauendes also entlüftendes Ventil. Bei Bestromung des Ventiles 74'' durch das Steuergerät 8 führt es dem Kupplungsausrückzylinder Druckmittel, beispielsweise aus dem Druckmittelbehälter 31 zu.
  • Die Kupplung 30 kann aber auch hydraulisch oder rein elektrisch durch magnetischen Fluss geöffnet werden oder elektromotorisch ausgerückt werden.
  • Die Kupplung 30 ist eine nasse Mehrscheibenkupplung und wird durch die kraft der Feder 92 geschlossen.
  • Bei Wegnahme des Stromimpulses schließt diese Kupplung 30.
  • Als Schalthilfsmittel zum Ausrücken der Kupplung 30 kann Druckluft oder Hydrauliköldruck verwendet werden das aus einer Druckquelle, vorzugsweise einem Druckspeicher oder Druckmittelpumpe stammt, wobei das Druckmittel dann in einen Ausrückkolbenraum fliest den Kolben eines Ausrückzylinders betätigt welcher ziehend oder drückend gegen die Schließfeder ein ausrücken also ein Öffnen der Kupplung 30 vornimmt.
  • Das verwendete Druckmittel wird mit einem Elektromagnetventil dem Zylinder 74'' zu geführt oder entnommen.
  • Das Elektromagnetventil 74', 74'' wird von der Steuerelektronik 8 angesteuert, welches auch den Druck im Druckluftbehälter 31 überwacht.
  • <Bei hydraulischer Ausrückung der Kupplung 30 ist das Ventil 74'' ein elektrisch steuerbares Hydraulikventil.
  • Der Elektromotor 2 kann hier als Generator arbeiten und den Verbrennungsmotor mit antreiben z. B.:; bei Überholvorgängen er kann den Verbrennungsmotor 4 über den rädereingriff von dem Zahnrad 20' und de Zahnrad 75 starten oder falls für den Start des Verbrennungsmotors 4 ein anderes Übersetzungsverhältnis gefordert ist kann dieser über ein hier optional zusätzlich dargestelltes Starterritzel 12 dauernd im Eingriff mit der Kurbelwelle 12' steht und welches über eine elektrisch zuschaltbare Anlasserkupplung 22 mit dem Rotor 23 des Elektromotors 2 verbunden werden.
  • Das Elektromotorengehäuse 81 besteht hier nur aus einem Statorengehäuse und einem hinteren Lagerdeckel. Der vordere Lagerdeckel 81' ist vorteilhafterweise in das Modulare Gehäuse 1'' eingearbeitet, was den Vorteil einer einfachen Kühlwasserführung mit sich bringt und eine Lagerkühlung des Elektromotors 2 ermöglicht.
  • Eine Kühlung der Elektromotorenlager durch Anordnung weiterer Kühlkanales ist möglich.
  • Das bei geöffnetem Thermostat 105 vom Motorkühler zufließende abgekühlte Kühlmittel kühlt hier zuerst den Leistungsschalter 33 und nachfolgend die Statorenwicklung des Elektromotors 2, und danach fliest das Kühlmittel den Druckluftverdichterkühlkanälen 84, 87 zur Kühlung der Ventilplatte und oder der Zylinderwand zu. Wird der Elektromotor 2 kann als Aussenläufer gebaut wird, dann wird ebenso der mit den Wickungen versehene Stator gekühlt und der Rotor triebt die Nebenverbraucher und den Verbrennungsmotor an.
  • Der Elektromotor 2 kann auch mit einem Zugmittel vom Verrennungsmotor 4 angetrieben werden und diesen Verbrennungsmotor Starten, dabei werden Riemen, Zahnriemen oder Gliederketten eingesetzt.
  • Der Leistungsschalter 33 kann vorteilhafterweise auf dem Statorengehäuse aufmontiert oder eingearbeitet sein oder müssen mit dem Modularen Gehäuse 1'' verbunden sein. Idealerweise kann auch hier der Leistungsschalter 33 seine Verlustwärme durch Wärmeleitung in das Gehäuse 1' bzw 81 übertragen.
  • Die Kabel 86 sind idealerweise als Stanzgitter ausgeführt und müssen nur Schutzlackisoliert sein, eine lösbare und separate dichte Steckerverbindung zwischen Leistungsschalter 33 und Elektromotorenwicklung entfällt somit.
  • Hier dargestellt ist ein zusätzliches Sperrventil 22' welches es ermöglicht bei geöffnetem Ablassventil 25' die Druckluftleitung vom Kompressor abzusperren. Dieses zusätzliche Ventil 22' ist dann erforderlich wenn der Druckluftkompressor 13' seine angesaugte Luft von der Druckseite eines Turboladers erhält. Es ermöglicht bei Betätigung ein Verschließen der Druckluftförderleitung im Falle das Ventil 25 geöffnet wird.
  • Ist ein solches Sperrventil 22' nicht verbaut, so wird die Luft des Turboladers durch den stehenden Kompressor 13' durchgeblasen und über das während der Regeneration des Filter/Trockners 90 geöffnete Ablassventil 25' ins Freie entweichen, der Verbrennungsmotor 4 erhält dann zu wenig Luft um schadstoffarm zu arbeiten.
  • Dass Sperrventil 22' ist also auch vorteilhaft vom Steuergerät 8 durch elektrisch auslösbaren Druckluft Impulse angesteuert.
  • Beschreibung der 3
  • 3 zeigt eine Anordnung mit einem Elektromotor 2 welcher ein Hohlrotor 23' hat durch welchen die Antriebswelle 46 eines Nebenverbrauchers des Druckluftkompressors 13' durchschaut. Der Druckluftkompressor 13' ist durch eine durch Federkraft geschlossene Kupplung 30 vom Elektromotor 2 und vom Verbrennungsmotor 4 antreibbar.
  • Der Elektromotor 2 läuft dauernd mit dem Motorritzel 20' mit und auch die Lenkhilfepumpe 13 läuft dauernd mit dem Verbrennungsmotor 4 mit.
  • Ein Antreiben des Druckluftkompressors 13' bei abgestellten Verbrennungsmotor 4 ist hier mit dem Elektromotor 2 nicht möglich.
  • Möglich sind hier das starten des Verbrennungsmotors 4 durch den Elektromotor 2, wobei der Druckluftkompressor 13' während dieses Vorganges durch Belüften des Kolbens 24' abgeschaltet ist, um den Verdichtungsvorgang hierdurch zu behindern.
  • Die Lenkhilfepumpe 13'' ist eine regelbare vorteilhafterweise sogar elektrisch regelbare Lenkhilfepumpe durch einen elektromagnetisch beeinflussbaren Bypass zwischen der Druckseite und Saugseite.
  • und diese Lenkhilfepumpe ist dauernd vom Verbrennungsmotor angetrieben Durch die Welle 46 können weitere Nebenverbraucher wie z. B. ein Klimakompressor 13''' angetrieben werden, wobei dann auch dies ein der Leistung regelbar sein müssen, also z. B. durch elektrisches beeinflussen des Expansionsventiles oder durch bestromen einer Kupplung 130 Somit kann also bei geschlossener Kupplung 30 mittels den dem Nebenverbraucher zugeordneten Nebenverbraucherschalteinrichtung gewählt werden, ob über die Kupplung 30 der Druckluftkompressor pumpt oder die Klimaanlage läuft.
  • Bei langer Autobahnfahrt wird infolge dessen, dass das Bremsen dem Generator 2 überlassen zum Laden der Batterie 6 wird, welche dann bei Überholvorgängen wieder entladen wird; die Kupplung 30 durch die Feder nur geschlossen, wenn Druckluft gebraucht wird, bzw der Kühlmittelkreislauf wird durch das Betätigen der elektrisch schaltbaren Kupplung 130 zugeschaltet oder das Regeln des Expanionsventils gesteuert.
  • Oder bei Verwendung der Klimaanlage ohne Druckluftbedarf, dann wenn der Kolben 24' belüftet ist und die Druckluftverdichtung dadurch außer Kraft gesetzt ist.
  • In längeren Ruhephasen bleiben beide Antriebswellen stehen und der Leerlaufleistungsbedarf beider Nebenverbraucher 13' und 13''' kann dadurch reduziert um ca 1,5 kW reduziert werden.
  • Auch diese Anordnung verwendet das Steuergerät 8 zum Schalten der Kupplung, dem priorisierten verwenden des Elektromotors für unterschiedliche Fahrsituationen um zum Anpassen der Betriebsweise des Leistungsschalters 33 an die Fahrdynamikanforderungen. So öffnet das Steuergerät 8 hier die Kupplung 30 bei ABS oder ESP eingriffen und Schaltet den Elektromotor 2 bei Überholvorgängen und Anfahrvorgängen dazu.
  • Bei Dauerbremsfahrten oder weiteren Brems bzw. Verzögerungsvorgängen welche länger als ca. 3 Sekunden dauern wird der Elektromotor 2 vom Steuergerät 8 als Generator betrieben, und im Falle weiterer angeforderter Bremsleistung oder bei gefüllter Batterie 6 werden vom Steuergerät 8 die Nebenverbraucher 13' und/oder 13''' im Schubphasenbetrieb dazu geschaltet.
  • Das Steuergerät 8 kommuniziert dafür mit den Bremssteuergeräten, Klimasteuergeräten, Triebstrangsteuergeräten (=Getriebe und Verbrennungsmotorsteuergerät) und dem Tachograph 77, der Klimaanlagensteuerung und dem Geschwindigkeitssteuergerät über ein serielles Bussystem. Das Kühlsystem 32 verbindet auch hier die Kühlung des Leistungsschalters 33, des Elektromotors 2 und des Druckluftkompressors 13'. Eine elektrische Wasserpumpe schont auch hier Bauteile da diese das modular aufgebaute Nebenverbraucherantriebssystem 1 durch nach einem heißgefahrenem Fahrzeug 3 und danach abgestelltem Verbrennungsmotor 4 im Nachlauf noch kühlen kann.
  • Auch hier wird ein gemeinsames Schmierkanalsystem zumindest für Zahnräder 20', 75', 75'', 20' und den Kompressor 13' verwendet, welches vorteilhaft aus Formdichtungen und im Modularen Gehäuse 1'' vorgegossenen Kanälen besteht.
  • Im Falle die Wälzlager des Elektromotors 2 nicht gekapselt sind, werden auch diese in den Schmiersystem mit eingeschlossen.
  • Beschreibung der 4
  • 4 zeigt ein vom Motorritzel 20' angetriebenes Hohlrad 20'' in welchem sich die Kupplung 30 befindet.
  • Diese Kupplung 30 ist auch hier mittels Federkraft 92 geschlossen und benötigt ein elektrisches Signal um geöffnet zu werden.
  • Es ist vorteilhaft die Kupplung 30 vom Steuergerät 8 anzusteuern.
  • Die Lenkhilfepumpe 13'' ist permanent angetrieben und ist bedarfgeregelt, also eine Verstellpumpe.
  • Beim Startvorgang des Verbrennungsmotors 4 durch den Elektromotor 2 ist die Kupplung zu schließen.
  • Bei geöffneter Kupplung 30 ist der dargestellte Zweizylinderkompressor 13' auch bei stehendem Verbrennungsmotor 4 durch den Elektromotor 2 antreibbar.
  • Es ist also eine Erstbefüllung der Druckluftbehälter 31 in dieser Situation möglich.
  • Es ist auch eine Standkühlung, eine Standklimatisierung bei stehendem Verbrennungsmotor 4 ohne zusätzlichen Elektromotor bei zusätzlichem betätigen der Kupplung 130 des Klimakompressors und stehendem Verbrennungsmotor 4 möglich.
  • Hierfür hat das System eine elektrisch Kühlmittelpumpe 93 welche beim Starten des Druckluftkompressors 13' mit eingeschaltet wird. Das Steuergerät 8 gibt hierfür nach dem erfassen des Behälterdrucks 31 über den Sensor 37 ein elektrisches Signal ab.
  • Der Druckluftkompressor 13' hat Kühlkammern in der Zylinderwand 87 und eine gekühlte Ventilplatte 84.
  • Wird keine elektrisch antreibbare Schmierölpumpe bzw. Bypass schmierölpumpe verwendet, so ist zumindest das Verwenden eines der Bauelemente, für den Aufbau des Druckluftkompressors 13', wie: – Das Verwenden von Wälzlagern im Pleuel; – der Einbau von Teflon/Keramikkolbenführungen und Kolbendichtungen, – das Vertiefen des Öltauchbades im Kompressorkubelgehäuse durch eine angehobene Ölrücklaufbohrung 110 oder das optionale Anbringen eines Ölstandssensors 98 im Kompressorkurbelgehäuse, von Vorteil für diese Funktion der „Erstbefüllung bei stehendem Verbrennungsmotor”.
  • Beim Erstbefüllungsvorgang der Druckluftbehälter 31 mit dem Elektromotor 2 wird vom Steuergerät 8 durch einlesen der Daten aus dem elektrisch Schreib/lesespeicher 35 eine Drehzahl für den Druckluftkompressor vorgegeben bei welcher der Kompressor 13' einen guten Wirkungsgrad hat, also wenig Wärme und Reibung entwickelt und somit wenig geschmiert werden muss.
  • Wird eine zusätzliche elektrische Schmierölpumpe eingebaut, so kann auch diese vom Elektromotor 2 angetrieben werden.
  • Die elektrisch Kühlmittelpumpe 93 ist immer erforderlich bei jeglicher Bauert des Druckluftkompressors 13' und wird vom Steuergerät 8 elektrisch zugeschaltet.
  • Die elektrisch Kühlmittelpumpe 93 kann auch direkt vom Elektromotor 2 angetrieben werden, bzw. durch eine zusätzlich Elektrokupplung der Elektromotorenelle 23' zugeschaltet werden.
  • Wird der Verbrennungsmotor 4 vom Elektromotor 2 gestartet, so wird der Druckluftkompressor wieder mit Öl aus der Umlaufschmierung versorgt.
  • Am Steuergerät 8 ist zumindest ein elektrisches Magnetventil 113, 114 über eine elektrische Schaltleitung 112 angeschlossen, welches es ermöglicht während des Verbrennungsmotorstartvorganges den Druckaufbau in der Drucklreitung 115 zu verhindern.
  • Für den Regenerationsvorgang ermittelt das Steuergerät 8 die geförderte Luftmenge als Summe aus der Förderzeit bei welchen der Verbrennungsmotor 4 den Kompressor 2 antreibt und der Elektromotor 2 den Druckluftkompressor antreibt. Ist der Filter 79 gesättigt also hat die in Summe geförderte Luftmenge ein vom Steuergerät vorgegebenen wert erreicht, so wird durch betätigen eines Magnetventiles 116 der Filter 94 regeneriert.
  • Dieser Vorgang wird unterbrochen wenn eine Schubphase also z. B durch Bergabfahrt beginnt, dann wird der Kompressor auf Fördern gestellt, sofern der Behälter 31 noch Energie aufnehmen kann. Dies wird vom Steuergerät 8 mit dem Drucksensor 37 überprüft.
  • 5 zeigt einen Druckluftkompressor 13' dessen Kurbeltrieb dauernd angetrieben wird.
  • Der Elektromotor 2 arbeitet auch hier als Starter für den Verbrennungsmotor 4 und als Generator zum Laden der Batterie 6.
  • Desweiteren übernimmt der Elektromotor die Unterstützung des Verbrennungsmotors in gewissen Fahrmodis greift bei Überholvorgängen und beim anfahren unterstützend ein.
  • Die Elektromotorenwelle 23' ist dauernd mit dem Zahnrad 75 verbunden. Das Zahnrad 75' dauernd mit der Kurbelwelle des Druckluftkompressors 13' Der Kompressor wird mittels dem Kolben 24' in dessen Leistungsaufnahme gesteuert.
  • Der Kolben 24' wird von einem Magnetventil 114 belüftet, welches von der Steuerelektronik 8 angesteuert wird. Die Steuerelektronik 8 erhält den gemessenen Druck des Drucksensors 37 welcher den Druck im Druckluftbehälter 31 misst. Das Steuergerät 8 hat auch hier einen Anschluss zur anderen Steuergeräten über Anschluss zu einem ein Datenbussystem 42/34.
  • Das Steuergerät 8 erhält Daten über den Betriebszustand der Batterie 6 Das Steuergerät 8 ermittelt mit dem Leistungsschalter 8 zusammen die Betriebsdaten des Elektromotors, insbesonders bezüglich dessen Fehlerzustand und hilfreicher weise auch dessen Temperatur.
  • Die Pump – und Leerlaufphase des Druckluftkompressors 31 wird hier durch das Betätigen zumindest eines Magnetventiles 114 eingeleitet. Während der Regenerationsphase wird zumindest ein weiteres Magnetventil von der Steuerelektronik 8 betätigt welches einen Bypass um das Rückschlagventil öffnet und ein abströmen der Regenerationsluft ins Freie ermöglicht.
  • Von Vorteil ist auch hier ein einarbeiten von Kühl und oder Schmierkanälen und Kühlkanälen im Nebenverbraucherantriebssystem im modularen Gehäuse 1'' Kanäle 32, welche der gemeinsamen Kühlung vom Leistungsschalter 33 dem Elektromotor 2 sowie dem Druckluftkompressor 31 dienen.
  • Das Steuergerät 8 priorisiert die Aufgaben der Nebenverbraucher und des Elektromotors 2 und gleicht diese gegebenenfalls ab mit dem Steuergerät 36 des Verbrennungsmotors und den Fahrzeugdynamiksteuergeräten wie ABS, ESP, ASR etc.
  • Das gemeinsame modulare Gehäuse 1'' der Baueinheit ermöglicht auch hier einen geschlossenen Bauraum um die Zahnräder 75, 75', 75'' welche den Druckluftkompressor 13', die Lenkhilfepumpe 13''' und optional einen Klimakompressor antreiben.
  • Durch diesen geschlossenen Bauraum um die Zahnräder und Lagesratühle ist eine Schmierung der Zahnräder gemeinsam mit dem Räderkasten des Verbrennungsmotors 2 möglich.
  • Auch dieses Modul dargestellt in der 5 hat zusammengeführte Anschlüsse und Kanäle für Kühlmittelzufuhr und Kühlmittelrücklauf und die Druckölversorgung.
  • Beschreibung der 6
  • 6 zeigt eine Bauweise des Nebenverbraucherantriebsystems 1, bei welchem der Elektromotor 2 direkt mit der Welle des Druckluftkompressors 13' verbunden ist.
  • Über eine Kupplung 30 welche im Hohlrad 75' untergebracht ist kann beim bestromen des Magnetventiles 74' die Kupplung 30 gegen die Federkraft der Feder 92 geöffnet werden und damit den Druckluftkompressorantrieb 46 vom Motorritzel 20' abtrennen.
  • Bei geöffneter Kupplung 30 wird der Kompressor ausschließlich vom Elektromotor 2 angetrieben. Dies ermöglicht wiederum ein Erstbefüllungsvorgang der Druckluftbehälter 31 bei stehendem Verbrennungsmotor 4.
  • Auch hier gelten die spezifischen Besonderheiten für Kühlung und Schmierung des Kompressors bei stehendem Verbrennungsmotor.
  • Auch bezüglich der Druckluftkompressor spezifischen Notlaufeigenschaften und Notlaufschmierung mit der Ölpumpe 93 gelten die optionalen Bauelemente wie in 4 beschrieben.
  • Die Steuerelektronik 8 übernimmt auch hier auf intelligente Art und Weise das Management für alle Aufgaben des Hybridantriebes und des Nebenverbraucherantriebs mit allen Besonderheiten.
  • Beschreibung der 8
  • Diese Modul in 8 baut besonders Kompakt. Das modulare Gehäuse 1'' realisiert auch hier ein geschlossenes Gehäuse um den Räderkasten zum Antrieb des Elektromotors 2, des Kompressors 13' und der Lenkhilfepumpe 13'' weitere Nebenverbraucher können dem Elektromotor 2 zugeordnet werden. Im Falle z. B. auch ein Klimakompressor 13'' angetrieben werden soll muss der Kompressor auch dann mit dem Abschaltkolben 24' ausgerüstet werden, der über ein Ventil 114 vom Steuergerät 8 geschaltet wird, um bei einsetzendem Kühlvorgang den Druckluftkompressor 13' drucklos zu schalten zu können. Der Kolben 24 wird beim Kühlen belüftet und die Kupplung 130 geschlossen. Wird zu dem Kühlen auch noch Luft gebraucht, so wird einfach der Kolben 24' entlüftet.
  • Beim Schließen der Kupplung 30 kann Druckluftkompressor 13' und Klimakompressor vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben werden, wobei der Elektromotor 2 während Schubphasen als Generator arbeiten kann und während Boostphasen z. B. Überholvorgängen oder Anfahrvorgängen den Verbrennungsmotor 2 unterstützen kann.
  • Ein Betrieb der Klima oder Kälteanlage bei stehendem Fahrzeug ist möglich indem die Kupplung 30 geöffnet wird und der Elektromotor 2 über eine elektrisch geschlossene Kupplung 130 dem Klimakompressor 13''' antreibt.
  • Das Nebenverbraucherantriebssystem wird auch hier vorzugsweise in allen Phasen vom Steuergerät 8 gesteuert.
  • Ein optionaler Elektromotorendrehzahlfühler 120 ermöglicht das messen der Elektromotorendrehzahl, wenn dies nicht mit dem Leistungschalter 33 realisiert wird.
  • Bei Verwendung des Kurbelwellendrehzahlfühlers 10' und des Drehzahlfühlers 120 lässt sich die schaltbare Kupplung 30 auf Schleifen also Schlupf überwachen.
  • Der Drehzahlfühler 10' ist auch hier mit einer Drehrichtungsüberwachung versehen um den Verbrennungsmotor 4 mittels dem Steuergerät 8 durch den Elektromotor 4 bei geschlossener Kupplung 30 und geöffnetem Kolben 24 schnell starten zu können.
  • Während des Startvorganges ist die Lenkhilfepumpe 13'' abgeregelt und der Klimakompressor 13''' durch eine Kupplung 130 abgekuppelt.
  • Die Kupplung 130 ist vorzugsweise stromlos offen geschaltet, und wird durch elektrisches bestromen geschlossen.
  • Zwischen dem Rotor 23 des Elektromotors 2 und der Welle 46 des Nebenverbrauchers kann auch ein Übersetungsgetriebe 170 eingebaut werden.
  • Beschreiben der 7
  • 7 zeigt den Kühlkreislauf des Nebenverbrauchersystems eingebunden in den Motorenkühlkreislauf des Verbrnnungsmotors. In 7 ist die Kühlmittelpumpe 93 elektrisch angetrieben. Sie kann aber auch vom vom Elektromotor 2 elektrisch angetrieben werden.
  • Die Kühlmittelpumpe 93 kann als Bypasspumpe eingebaut sein. Das heißt das zur eigentlichen vom Verbrennungsmotor 4 angetriebene Kühlmittelpumpe 93' diese Pumpe elektrisch zugeschaltet z. B. bei stehendem Verbrennungsmotor oder Hoher geforderter Kühlleistung des Kühlkreislaufes. Dies ist dann erforderlich
    • – wenn der Verbrennungsmotor steht oder wenn die vom Verbrennungsmotor 4 angetriebene Kühlmittelpumpe in der Pumpleistung nicht ausreicht also bei sehr hohen Leistungsanforderungen an den Verbrennungsmotor 2. Dies entspricht dann einem zweistufigen Kühlkreislauf, wodurch weitere Energie eingespart werden kann, da bei normalem Betrieb des Systems und geringer geforderter Leistung an den Verbrennungsmotor 4 die el. Kühlmittelpumpe 93 abgeschaltet bleibt.
  • Das Steuergerät 36 gibt elektrische Impulse abhängig von der durch den sensor 11' gemessenen Temperatur an die Kühlmittelpumpe 93.
  • Ein weiterer Temperatursensor 11'' welcher Vom steuergerä 8 überwacht wird und dessen Messwert ein Einschalten der Kühlmittelpumpe 93 ermöglicht, kann im Leistungschakter 33 angeordnet sein
  • Das Nebenverbraucherantriebssystem 1 wird am Anschluss 32' mit abgekühltem Kühlwasser versorgt welches am an Anschluss 102 wieder ausströmt. Nachdem das Kühlmitte am Anschluss 32' einströmt fliest es durch den Kühlkanal des Leistungschalters 33 dann durch den Elektromotor 2 und danach durch den Druckluftkompressor 13' die Kühlwasserführung wird dabei über Ausbrüche und eingeformte Kanäle 103 zum Kompressor 13' geführt.
  • Im Druckluftkompressor 13' fliest das Kühlwasser zumindest durch die Kanäle der Ventilplatte 84, optional durch weitere Kühlkanäle 87 um die Zylinderwand.
  • Danach fliest das Kühlwasser über Rücklaufkanäle oder Leitungen dem mindestens 10 fachen Volumenstrom des Verbrennungsmotorkühlwassers zu.
  • Im Kühler 106 wird das Kühlwasser abgekühlt nachdem der Thermostat 105 den Durchfluss vom Kühler 106 zur Kühlwasserpumpe 93 freischaltet.
  • Beschreibung der 8
  • 8 zeigt ein Blockschaltbild des Steuergerätes 8 mit zuordenbaren Besonderheiten.
  • Die Steuerelektronik 8 ist baulich wärmegeschützt bzw. isoliert vom modularen Gehäuse 1'' montiert.
  • Die Steuerelektronik 8 besteht aus zumindest einem Mikrokontroller 40' zum verknüpfen von im elektrischen Schreib/Lesepeichers 35, 40'' abgelegten Daten zumindest elektrische und regelungstechnische Kennwerte Elektromotor 2 und einem der Nebenverbraucher 13 z. B. den Förderleistungsdaten des Druckluftkompressors 13', der maximalen zulässige Luftfiltermenge bzw Lufttrockenmenge ohne Regeneration, außerdem sind Daten des Verbrennungsmotors 4 wie Baugröße, Grenzdrehzahl beim Motorstart, etc gespeichert.
  • Weitere im elektrischen Schreib/Lesepeicher 35, 40'' gespeicherte Daten sind die Übersetzungsverhältnisse zwischen der Kurbelwelle 12' und dem Elektromotor 2 und der Kurbelwelle 12' und dem Druckluftkompressor 13', sowie die Kennwerte der Batterie 6
  • Das Steuergerät 8 hat außerdem einen seriellen Bus-Datenpuffer 8' aus welchem es die aktuellen Betriebswerte der anderen im Fahrzeug 3 installierten Steuergeräte wie die des Verbrennungsmotorsteuergerätes 36 und der Fahrzeugdynamiksteuergeräte wie ABS. ASR, Getriebesteuerung, dem Tachographen dem Navigationsgerät 35 ausliest.
  • Das Logik des Steuergeräts 8 ist in mehrere Blöcke unterteilt in eine Verbrennungsmotorstartersequenz, eine Generatorsequenz einer Nebenverbraucherantriebssequenz, einer Hybridsequenz zum Boosten und Anfahren zur Drehzahlanhebung sowie eine Schubphasensequenz zum Speicherbetrieb um den Akku 6 und den Druckluftbehälter 31 aufzuladen, und eine vorgezogene sequenzielle Kühlung des Fahrgastraumes einzuleiten.
  • Das besondere an diesem Steuergerät 8 ist dass es in der Lage ist diese Betriebsweisen zu mischen und abzuwägen welche Aufgabe für den Elektromotor 2 und die wichtigste ist wie lange es sinnvoll ist diese Aufgabe durchzuführen etc.
  • Zeitgleich muss das Steuergerät die Nebenverbraucher 13', 13''' synchron so schalten unter Zuhilfenahme von Ventilen 24, 25, 25' dass der Einsatz des Elektromotors 2 ohne Nachteile für das Fahrzeug und dessen Betrieb möglich ist. Es schaltet also nicht nur den Leistungsschalter 33, sondern überwacht auch die Kennwerte der Batterie 6.
  • Das Steuergerät 8 hat außerdem die Möglichkeit die zumindest den Elektromotor 2 auf Kurzschlüsse oder Leitungsunterbrechungen und Temperatur zu überwachen und im Fehlerfall ein elektrisches Signal zur optischen Warnanzeige 91 auszugeben.
  • Beschreibung der 9
  • Der Elektromotor 2 wird hier zum Boosten beim Überholen zugeschaltet, hat der der Energieinhalt der Batterie 6 einen errechneten Wert unterschritten indem ein Minimalstand an Spannung und das Steuergerät 8 polt den Leistungsschalter so dass nach der Detektion des Ladezustandes der Batterie 8 der Elektromotor 2 als Generator arbeitet um die Batterie 6 nachzuladen.
  • Für das Umschalten des Leistungsschalters muss eine Totzeit dt berücksichtigt werden damit ein weiches umschalten möglich ist keine Drehmomentstöße auftreten und die Phasenströme „I„ „zwischen Elektromotorenwicklungen und den zuordenbaren Halbleitern 4 (GTO's, Thyristoren) auftreten. Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen ist wird der Elektromotor wieder drehmomentunterstützend eingesetzt.
  • Beschreibung der 10
  • 10 zeigt eine Aufgabe des Batterie und Nebenantriebsmanagements des Steuergerätes 8
  • „E1” ist darin ungefähr die Energiemenge welche bei einer Erstbefüllung des Druckluftbehälters von 0 bis 6 bar bei stehendem Verbrennungsmotor aus der Batterie 6 zum Antrieb des Druckluftkomprressors 13' mittels dem Elektromotor 2 benötigt wird.
  • „E2” ist darin die Energiemenge welche für den Nachfolgenden Startvorgang des Verbrennungsmotors 4 vorzuhhalten mit dem Elektromotor 2 als Starter vorzuhalten ist, diese ist Temperaturabhängig und von der Baugröße des Verbrennungsmotors 4 abhängig.
  • „E3” ist die zusätzliche Energiemenge die erforderlich ist die Druckluftbehälter 31 weiter bis zum Abschaltdruck ca 12 bar zu füllen.
  • Das Steuergerät 8 macht hat in diesem Fall eine nicht hinreichende Energie menge in der Batterie 6 detektiert. Das Steuergerät 8 geht bei der priorisierung der Aufgaben in dieser Situation so vor:
    Die elektrische Energie E1 wird aus der Batterie 6 entnommen, die Außenemperatur wird eingelesen, der Estbefüllungsvorgang wird dann abgebrochen, hier bei ca 6 bar, dann wenn noch hinreichend Energie für einen sicheren Verbrennungsmotorstart 4 vorhanden ist. Der Fahrer wird mittel elektrischem Signal optisch und/oder akkustisch benachrichtigt die Erstbefüllung abgebrochen ist,
  • Der Fahrer kann nun dem Starterknopf zum Start des Verbrennungsmotors 4 drücken. Das Steuergerät 36 stellt die Steller 9, 10 gemäß dem gemessenen aktuellen Kurbelwinkel und der Außentemperatur ein und informiert das Steuergerät 8 welches den Leistungsschalter gemäß dem gespeicherten Starterprofil „S” einschaltet.
  • Der Verbrennungsmotor läuft nun an und erreicht nun die Starterendrehzahl ca. 350 Upm,
  • Das Steuergerät 8 wartet bis der Verbrennungsmotor weiter bis auf auf Leerlaufdrehzahl ca, 600 Upm angekommen ist, nun schaltet den Elektromotor 2 mittels der Leistungsschalters 33 auf Generatorbetrieb um und schließt die gegebenenfalls die Kupplung 30 so, das der Druckluftkompressor 13' vom Verbrennungsmotor 4 angetrieben werden kann.
  • 1
    Nebenverbraucherantriebssytem
    1'
    modulare Einheit
    1''
    modulares Gehäuse
    2
    Elektromotor
    2'
    Stromleitungen
    3
    Fahrantrieb
    4
    Verbrennungsmotor
    5
    Batterie
    6
    Fahrakku
    6'
    Stromsensor
    6''
    Spannungssensor
    7
    elektromagnetische Aktuatoren
    8
    Steuergerät
    9
    Zündhilfeeinrichtung
    10
    Sensoren
    10'
    Kurbelwellensensor
    10''
    Nockenwellensensor
    10''
    Klopfsensor
    11
    Klopfsensor
    11'
    Temperatursensor (f. Motorenkühlmittel)
    12
    Starterritzel
    12'
    Kurbelwelle
    13
    Nebenverbraucher
    13'
    Druckluftkompressor
    13''
    Lenkhilfepumpe
    13'''
    Klimakompressor
    14
    Kühlerlüfter, Lüfter
    15
    Hilfsmittel
    16
    Magnetspule
    17
    Gestänge
    18
    Gabel
    19
    Umlenkpunkt
    20
    Schwungrad
    20'
    Motorritzel
    21
    Antriebskupplung
    22
    Anlasserkupplung
    22'
    Sperrventil
    23
    Rotor
    23'
    Elektromotorenwelle
    23'' 23'''
    Wellende
    24
    Nebenverbraucherschalteinrichtung
    24'
    Kolben
    25
    Magnetventil
    25'
    Ablassventil
    26
    Feder (Blatt-, Teller-Scheiben) Feder
    27
    Ausrückelement (Kolben Elektromotor Elektromagnet)
    28
    Steueranschluss für Ausrückelement
    29
    Getriebe
    30
    Nebenverbraucherkupplung (elektopneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder elektromotorisch betätigbar)
    30'
    Klimakompressorenkupplung
    31
    Energiespeicher, elektrisch hydraulisch oder Pneumatisch
    31'
    Kühlraum
    31''
    Kühlraumtemperatursensor
    32
    Kühlkanal
    32'
    Kühlmittelzuflussanschluss
    32''
    Kühlmittelabflussanschluss
    33
    Leistungsschalter
    33'
    Kühlrippen
    34
    el. Verbindung
    35
    el. Datenspeicher
    36
    Verbrennungsmotorsteuergerät
    37
    Nebenverbrauchermesseinrichtung (Drucksensor Temperatursensor)
    38
    Leitung
    39
    Leitung
    40
    Halbleiter/Schalter/Thyristor
    41
    Fahrdynamiksteuergrät ESP
    42
    El. Anschluss
    43
    ACC Sensor
    44
    Antriebsräder
    45
    Navigationsgerät
    46
    Nebenverbraucherantriebswelle
    47
    Getriebe
    50
    Starterknopf
    51
    Zündschloss
    52
    Beladungssensor
    53
    Niveauregelventil
    54
    Raddrehzahlsensor
    55
    Gaspedal
    56
    Kupplungspedal
    57
    Dauerbremsschalter
    58
    Bremspedal
    59
    Gangvorwahlgeber
    60
    ACC-Steuergerät
    61–71
    elektrischer Geberanschluss
    72
    Nebenverbraucherantriebsritzel
    73
    Rückschlagventil
    74
    Regenerationsmagnetventil
    74'
    Mgnetventil
    75, 75', 75''
    Zahnräder
    76
    Ventilplatte mit Kühlkanälen
    77
    Tachograph
    78
    Ablassventil
    79
    Filter
    80
    Stator
    81
    Elektromotorengehäuse 7
    85
    Kondensator
    86
    Schalter/Chopperschalter
    87
    Kompressorkühlraum
    88
    Umgebungstemperatursensor
    90
    Filter
    91
    Warnanzeige
    92
    Feder
    93
    el. Wasserpumpe
    93
    Wasserpumpe
    94
    Ölpumpe
    95
    Teflonkolbenführung/
    96
    Wälzlager
    97
    Tauchbad
    98
    Ölstandsensor
    99
    Ölabflussbohrung
    100
    Ölzuflussbohrung
    102
    Wassererücklauf
    103
    Wasserkanal
    104
    Wasserrohr
    105
    Thermostat
    106
    Kühler
    107
    Ölvorlauf
    108
    Ölrücklauf
    109
    Ölpumpe
    110
    Ölrücklaufbohrung
    112
    el. Schaltleitungen
    120
    Elektromotorendrehzahlfühler
    130
    el. Klimakompressorenkupplung
    135
    Motorenkühlkreislauf
    150
    Niveauregelung/elektronisch Regelbar
    170
    Übersetzungsgetriebe/i = 2
    171
    Ventilplatte

Claims (30)

  1. Nebenverbraucherantriebssytem 1 für ein Fahrzeug, bestehend aus: Zumindest einem Nebenverbraucher 13, 13', 13''' Einem Elektromotor 2 Einem Leistungsschalter 33 Einer Steuerelektronik 8 Zumindest einer der Sensoren 37, 6', 6'', 31'' zum Messen des Energiespeicherniveaus, 31, 6, 31 dadurch gekennzeichnet, dass der den Nebenverbraucher 13, 13', 13''' antreibende Elektromotor 2 für weitere Aufgaben des Fahrantriebs 3 durch geeignete Mittel herangezogen werden kann.
  2. Nebenverbraucherantriebssystem 1 für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 2 durch geeignete Mittel auch als Generator zum Aufladen eines elektrischen Energieträgers 5, 6 herangezogen werden kann.
  3. Nebenverbraucherantriebssytem 1 nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten einer Fahrzeugschubphase, der Nebenverbraucher 13, 13' und der Generator vor erreichen des Energieträger mindest einschaltniveaus in den Energiespeichern 31, 31', 5, 6 zum füllen der Energiespeicher s 6, 31, 6, 31' zugeschaltet wird, wobei Nebenverbraucher und Generator von einem der Antriebsräder 44 des Fahrzeugs angetrieben werden.
  4. Nebenverbraucherantriebssytem 1 nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten einer Fahrzeugschubphase der Nebenverbraucher 13, 13', 13''' und der Generator die Energiespeicher 31, 31', 5, 6 auf ein höheres Energieniveau lädt als dies bei einer Bergauffahrt gefordert ist.
  5. Nebenverbraucherantriebssystem 1 für ein Fahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 2 durch geeignete Hilfsmittel 33, 40, 85, 24, 25, 30, 130 auch als Verbrennungsmotorstarter verwendet werden kann, wobei dieser Vorgang durch das Steuergerät 8 gesteuert wird.
  6. Nebenverbraucherantriebssystem 1 nach Anspruch 5 für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein Starterritzel 12 axial verschiebbar durch elektrische Mittel 15, 16 angeordnet ist, und somit die Verbindung zur Kurbelwelle 13 herstellt.
  7. Nebenverbraucherantriebssystem 1 nach Anspruch 5 für ein Fahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass ein Starterritzel durch Schließen einer schaltbaren Anlasserkupplung 22 mit dem Rotor 23 des Elektromotors 2 verbunden werden kann.
  8. Nebenverbraucherantriebssytem 1, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 2 zum Einsatz als Starter-, Generator- und als Nebe verbraucherantrieb- zwei Wellenabgänge 23'' 23''' hat um zumindest an einem der Wellenabgänge einen Nebenverbraucher 13, 13', 13'' 13''', 13'''' antreiben zu können.
  9. Nebenverbraucherantriebssytem 1, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 2 zum Einsatz als Starter-, Generator- und als Nebenverbraucherantrieb als Rotor einen Hohlrotor hat durch welchen eine einen Nebenverbraucher 13', 13''' antreibenden Welle 46 durchsteckbar ist.
  10. Nebenverbraucherantriebssytem 1, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem eine „Modulare Einheit„ 1' bildet, mit einem einteiligen gegebenenfalls mehrteiligen Gehäuse bildet, an welche weitere Nebenverbraucher wie eine Lenkhilfepumpe 13'' direkt verschraubt sind und dieser Nebenverbraucher 13'' auch bei abgekuppelter Kompressorwelle 46 durch geeignete Mittel 75, 75', 75'' noch vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben
  11. Nebenverbraucherantriebssystem 1, welches eine Modulare Einheit bildet 1' bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die im gemeinsamen, mehrteiligen Gehäuse 1' untergebrachten Komponenten zumindest einen Elektromotor 2 mit direkt montierten Leistungsschalter und einen Druckluftkompressor 13' umfassen wobei die Antriebswelle 46 des Kompressors parallel zu der des Elektromotors 2 liegt, und der Verbrennungsmotor 4 der Elektromotor 2 und der Kompressor 13' parallel angetrieben werden kann.
  12. Nebenverbraucherantriebssystem 1 für ein Fahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenverbraucherschalteinrichtung 10 eine im stromlosen Zustand mit einer Feder 92 geschlossene schaltbare Nebenverbraucherkupplung 30 ist, welche durch elektrische Impulse 27 geöfnet werden kann.
  13. Nebenverbraucherantriebssystem 1 für ein Fahrzeug, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenverbraucherschalteinrichtung 24, 25, 7, 13 ein elektromagnetischer Aktuator ist.
  14. Nebenverbraucherantriebssystem 1, nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 2 und der Nebenverbraucher 13, 13', mit einem gemeinsamen durchgehenden Kühlkanal 32 miteinander verbunden sind und die Kühlung des Elektromotors 2 in der Kühlmittelfließreihenfolge noch vor dem Kompressor 13, 13' mit zufließendem Kühlwasser vom Kühlmittelzuflussanschluss 32' versorgt wird.
  15. Nebenverbraucherantriebssytem 1, nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass und die Wärmeabgabe der Leis tungsschalter 33 an das durch den Kühlkanal 32 fließende Kühlmittel mittels Wärmeleitung möglich ist.
  16. Nebenverbraucherantriebssystem 1, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter 33 des Elektromotors 2 zumindest zeitweise mit einem Peltierelement gekühlt wird., wobei die kalte Seite des Peltierelements dem Leistungsschalter 33 zugeordnet ist, und die heiße Seite mit dem „modularen Gehäuse” 1'' verbunden ist.
  17. Nebenverbraucherantriebssystem 1, nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät 8 einen elektrischen Anschluss 42 zu einem Fahrzeugdynamiksteuergerät 60 hat, um bei Fahrzeugverzögerungswünschen welche – vom Fahrer durch betätigen eines Dauerbremsschalters 57, – der Geschwindigkeitsregelung eines Tachos 77, – und/oder durch einen ACC-Sensor 43 vorgegeben werden, einen vorzeitigen Ladevorgang von zumindest einem der Energiespeicher 31, 31', 5, 6 durch den zugehörigen Nebenverbraucher 13, 13', 13''' ausführt, wobei der Elektromotor 2 als Generator betrieben wird.
  18. Nebenverbraucherantriebssytem 1, nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät 8 zumindest eine elektrische Verbindung 34 zum elektrischen Datenspeicher 35 des Verbrennungsmotorensteuergeräts 36 zumindest zum Lesen des Verbrennungsmotordrehmoments hat;
  19. Nebenverbraucherantriebssystem, nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät 8 zumindest teilweise in ein anderes Steuergerät integriert ist.
  20. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Drehmomentnachfrage vom Fahrer an den Verbrennungsmotor 4 ausgelöst durch starkes betätigen des Gaspedals 55, der Nebenverbraucher 13, 13' durch Beeinflussung der Nebenverbraucherschalteinrichtung 24, 25, 30, 30' abgeschaltet wird, und der Elektromotor 2 durch Umschalten der Leistungsschalter 33 als E-Motor betrieben wird um den Verbrennungsmotor 4 bei der Drehmomentsabgabe an die Antriebsräder 44 zu unterstützen.
  21. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät 8 die durch ein Navigationsgerät 45 detektierba ren Straßenverläufe, welche auch durch Verkehrsschilder hinterlegt sind, zumindest jedoch einer der folgenden Hinweise: – Stadtfahrt – Umweltzonen – Lärmschutzgebiet – Autobahnfahrt – Bundesstraßenfahrt/Überlandstraßen – Gefällestrecken in Streckenlänge und Gefällesteigung Gefällestrecken in Streckenlänge und Gefällesteigung mit Längenangabe – Kurvenreiche Strecken, mit Streckenlängenangabe in die Regelung des Elektromotors 2 und die Regelung des Nebenverbrauchers 13, 13', 13''', 13'''' miteinbezieht, und das Steuergerät 8 zumindest der Elektromotor 2, den Leistungsschalter 8 und einen der Nebenverbraucher 13, 13', 13''' beeinflusst.
  22. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass die im gemeinsamen, mehrteiligen Gehäuse 1 untergebrachten Komponenten zumindest ein Kühlmittelkompressor 13''' und einen Elektromotor 2 welcher auch als Generator arbeiten kann umfassen. wobei dieser Kühlmittelkompressor 13''' dieser während des Startens vom Verbrennungsmotors 4 durch den Elektromotor 2 in dessen Leistungsaufnahme durch eines schaltbare Kupplung und/oder verändern des Querschnitts einer Staudruckdrossel im kühlmittelkreislauf abgeschaltet wird wobei der Kühlvorgang kurzzeitig reduziert wird während der Elektromotors 2 als Generator arbeitet.
  23. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht gestartetem Verbrennungsmotor 4 und stehendem Fahrzeug und nachfolgendem Betätigen eines Schalters 51 und Nichtbetätigen des Starterknopfes 50 bei einem gemessenen unterschrittenem Mindestdruck im Energiespeicher 31 der Elektromotor 2 zuerst der Nebenverbraucher 13, 13' zum Auffüllen des zugeordneten Energiespeichers antreibt und diesen bis zu einem vorbestimmten Niveau 31 auflädt, dies wird durch den Drucksensor 37 gemessen welcher über eine elektrische Leitung 38 mit dem Steuergerät 8 verbunden ist, welches auch die Leistungsschalter 33 des Elektromotors steuert.
  24. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach Anspruch 23 zuvor dadurch gekennzeichnet, dass bei stehendem Fahrzeug und stehendem Verbrennungsmotor 4 der Elektromotorische Antrieb 2 eines Nebenverbrauchers 13, 13', 13''' vor Erreichen des vorgegebenen Mindestdruck-Energieniveaus abgeschaltet wird, wenn der elektrische Energieträger 5, 6 soweit entleert ist, dass zumindest ein Start des Verbrennungsmotors 4 mit dem Elektromotor 2 noch sichergestellt werden kann.
  25. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufnahme zumindest des durch den Elektromotor 2 antreibbaren Nebenverbrauchers 13, 13', 13'''' während des Verbrennungsmotorstartervorgangs durch den Elektromotor 2 durch schalten zumindest einer Nebenverbraucherschalteinrichtung 24, 25, 7, 14, 30, 30' reduziert wird.
  26. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung des Einsatzes des Elektromotors 2 als Starter/Generator und als Nebenverbraucherantrieb für zumindest einen Nebenverbraucher 13', 13''', 14 der Nebenverbraucher-Antriebszykluss kurzzeitig unterbrochen wird, um den Akku zumindest teilweise wieder nachzuladen, und nach erfolgtem Akkunachladen den zuvor abgeschalteten Nebenverbraucher weiter anzutreiben.
  27. Verfahren für den Betrieb eines Nebenverbraucherantriebssystems 1, nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik 8 die Leistungsschalter 33 während dieses Multiplexbetriebes vom Elektromotors 2 derart steuert, dass zwischen dem Betrieb des Elektromotors 2 als Nebenverbraucherantrieb, und; dem Betrieb des Elektromotors 2 als Generator, der Strom zum Elektromotor 2 durch den Leistungsschalter 33 kurzzeitig stark reduziert wird, dass keine Drehmomentumschaltspitzen an der Welle 23 und keine Stromumschaltspitzen in den Stromleitungen 23' zu indizieren.
  28. Nebenverbraucherantriebssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik 8 elektrische Signale von einem aktiven funkenden Verkerhrsleitmittel über einen elektrischen Anschluss empfängt, um den Elektromotor 2 und den Nebenverbraucher 13, 13', 13''', 14 derart zu beeinflussen, dass der Schubphasenbetrieb die Betriebsbremse entlastet und dabei die Energiespeicher 31, 5, 6 auf ein maximal zulässiges Niveau füllt.
  29. Nebenverbraucherantriebsystem 1 einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch antreibbare Kühlmittelpumpe 93 beim Einschalten des Elektromotors 2 durch ein Steuergerät 8, 36 eingeschaltet wird.
  30. Nebenverbraucherantriebssystem 1 nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor 23 des Elektromotors 2 mittels einem Zugmitteltrieb mit der Kurbelwelles 12 des Verbrennungsmotors antreibbar.
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