DE102009027583A1 - Hybridantriebsstrang - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang mit einem primären (11) und einem sekundären (12) Antrieb, die über ein Getriebe (8) einzeln oder zusammen antriebsmäßig mit mindestens einem Antriebsrad (4, 5) koppelbar sind. Um den Hybridantriebsstrang im Hinblick auf seinen Wirkungsrad und/oder die Herstellkosten zu verbessern, sind die beiden Antriebe (11, 12) über zwei verschiedene Kraftübertragungseinrichtungen (20, 30), die jeweils einen Freilauf (24; 34) umfassen, einzeln oder zusammen mit dem Antriebsrad (4, 5) koppelbar.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang mit einem primären und einem sekundären Antrieb, die über ein Getriebe einzeln oder zusammen antriebsmäßig mit mindestens einem Antriebsrad koppelbar sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hybridantriebsstrangs.
  • Als sekundärer oder alternativer Antrieb wird vorzugsweise ein Elektromotor als Kraftquelle verwendet, der durch eine Batterie mit Strom versorgt wird. Als primärer Antrieb wird vorzugsweise eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verbrennungsmotor, verwendet. Um den sekundären Antrieb in einem möglichst optimalen Wirkungsgradbereich betreiben zu können, ist es möglich, die Übersetzungsverhältnisse des sekundären Antriebs zu einer Getriebeeingangsdrehzahl, die von der Drehzahl des primären Antriebs und der Gesamtantriebsstrangübersetzung abhängt, zu verändern. Zu diesem Zweck können Planetengetriebesätze oder eine schaltbare Übersetzung mit einer Kupplung und der zugehörigen Aktorik verwendet werden. Die Übersetzung des Getriebes kann auch 1 sein.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hybridantriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im Hinblick auf seinen Wirkungsgrad und/oder die Herstellkosten zu verbessern.
  • Die Aufgabe ist bei einem Hybridantriebsstrang mit einem primären und einem sekundären Antrieb, die über ein Getriebe einzeln oder zusammen antriebsmäßig mit mindestens einem Antriebsrad koppelbar sind, dadurch gelöst, dass die beiden Antriebe über zwei verschiedene Kraftübertragungseinrichtungen, die jeweils einen Freilauf umfassen, einzeln oder zusammen mit dem Antriebsrad koppelbar sind. Dadurch wird ein kostengünstiger Ansatz zur Wirkungsgradsteigerung und Erhöhung der maximalen Rekuperationsleistung bereitgestellt. Durch den Einsatz konventioneller Freiläufe kann je nach Lastfall die passende Übersetzung zwischen der Getriebeeingangsdrehzahl und dem sekundären Antrieb eingestellt werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Antrieb in einem ersten Betriebszustand über eine Antriebskraftübertragungseinrichtung, die einen Antriebsfreilauf umfasst, antriebsmäßig mit dem Antriebsrad verbunden ist. Der sekundäre Antrieb kann in dem ersten Betriebszustand, der auch als Antriebszustand bezeichnet wird, von dem primären Antrieb unterstützt werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad in einem zweiten Betriebszustand über eine Schubkraftübertragungseinrichtung, die einen Schubfreilauf umfasst, antriebsmäßig mit dem sekundären Antrieb verbunden ist. In dem zweiten Betriebszustand befindet sich der Hybridantriebsstrang im Schubbetrieb oder wird gebremst. Das dabei auf das Antriebsrad aufgebrachte Drehmoment wird über das Getriebe und die Schubkraftübertragungseinrichtung mit dem Schubfreilauf auf den sekundären Antrieb übertragen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsfreilauf mit einer Welle des sekundären Antriebs zusammenwirkt. Im ersten Betriebszustand sperrt der Antriebsfreilauf, um eine Drehmomentübertragung von der Welle des sekundären Antriebs auf das Antriebsrad zu ermöglichen. In der entgegengesetzten Drehrichtung ist eine Drehmomentübertragung nicht möglich.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraftübertragungseinrichtung ein Antriebsfreilaufzahnrad umfasst, das über den Antriebsfreilauf mit der Welle des sekundären Antriebs koppelbar ist und das sich mit einem Antriebszahnrad in Eingriff befindet, das drehfest mit einer Getriebewelle verbunden ist. Die Antriebskraftübertragungseinrichtung dient zur Drehmomentübertragung im ersten Betriebszustand. Im zweiten Betriebszustand wird über die Antriebskraftübertragungseinrichtung kein Drehmoment übertragen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schubfreilauf mit der Getriebewelle zusammenwirkt. Über den Schubfreilauf wird im zweiten Betriebszustand ein Drehmoment vom Antriebsrad über das Getriebe und die Schubkraftübertragungseinrichtung auf den sekundären Antrieb übertragen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schubkraftübertragungseinrichtung ein Schubfreilaufzahnrad umfasst, das über den Schubfreilauf mit der Getriebewelle koppelbar ist und das sich mit einem Schubzahnrad in Eingriff befindet, das drehfest mit der Welle des sekundären Antriebs verbunden ist. Die Schubkraftübertragungseinrichtung ermöglicht eine Drehmomentübertragung im zweiten Betriebszustand. Im ersten Betriebszustand wird über die Schubkraftübertragungseinrichtung kein Drehmoment übertragen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung zwischen den primären Antrieb und den Schubfreilauf und eine weitere Kupplung zwischen den sekundären Antrieb und den Antriebsfreilauf geschaltet ist. Die erstgenannte Kupplung dient dazu, den primären Antrieb mit der Getriebewelle zu koppeln. Die weitere Kupplung dient dazu, den sekundären Antrieb mit der zugehörigen Welle zu koppeln.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Antrieb eine Brennkraftmaschine und der sekundäre Antrieb eine Elektromaschine umfasst. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich vorzugsweise um einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor. Bei der Elektromaschine handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor, der auch als Generator betrieben werden kann. Ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang wird auch als Hybridfahrzeug bezeichnet.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben des vorab beschriebenen Hybridantriebsstrangs. In dem ersten Betriebszustand wird das von dem sekundären Antrieb abgegebene Drehmoment über den Antriebsfreilauf auf das Antriebsrad übertragen. In dem zweiten Betriebszustand wird das von dem Antriebsrad und/oder von dem primären Antrieb abgegebene Drehmoment über den Schubfreilauf auf den sekundären Antrieb übertragen. Der sekundäre Antrieb kann in dem ersten Betriebszustand, der auch als Antriebszustand bezeichnet wird, von dem primären Antrieb unterstützt werden. Bei der Auslegung des Übersetzungsverhältnisses des sekundären Antriebs, der auch als alternative Kraftquelle bezeichnet wird und vorzugsweise einen Elektromotor umfasst, zur Getriebeeingangsdrehzahl wird zur verbrauchsmindernden Unterstützung des primären Antriebs, der vorzugsweise eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Verbrennungsmotor umfasst, auf den jeweiligen Referenzzyklus hin die optimale Kopplung der Drehzahlen beider Antriebe ermittelt. Dabei gilt es, vor allem den Lastpunkt des primären Antriebs, insbesondere des Verbrennungsmotors, ideal zu halten. Aus dem Verlauf des Zyklus ergibt sich eine erwünschte Übersetzung. Um den Energiespeicher, insbesondere eine Batterie oder einen Akkumulator, des sekundären Antriebs effizient zu laden, bieten sich in der Regel nur kurze Zeitspannen an, in denen das Fahrzeug gebremst oder klassisch im Schubbetrieb bewegt wird. Im Schubbetrieb kann das konventionelle Motorschleppmoment durch einen generatorischen Betrieb des sekundären Antriebs simuliert werden. Für diese Phasen bieten sich bei entsprechender Speichertechnik deutlich höhere Drehzahlen des sekundären Antriebs an, um möglichst hohe Leistungen bei minimaler Bauteilgröße nutzen zu können. Somit entsteht neben der Übersetzung im motorischen Betrieb der Ansatz zu wenigstens einer weiteren Übersetzung für den generatorischen Betrieb.
  • Weitere Vorteile Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der einzigen 1 ist ein erfindungsgemäßer Hybridantriebsstrang stark vereinfacht schematisch dargestellt.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In der einzigen beiliegenden 1 ist ein Hybridantriebsstrang 1 mit einer Achse 2, an der zwei Antriebsräder 4, 5 angebracht sind, stark vereinfacht dargestellt. Die beiden Antriebsräder 4, 5 sind über ein Getriebe 8 und ein Differential 9 durch einen primären Antrieb 11 und/oder einen sekundären Antrieb 12 antreibbar. Der primäre Antrieb 11 umfasst eine Brennkraftmaschine 13, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Der sekundäre Antrieb 12 umfasst eine Elektromaschine 14, die vorzugsweise als Elektromotor ausgeführt ist, der auch generatorisch betrieben werden kann.
  • Der Elektromotor 14 ist über eine Kupplung 16 und eine Welle 18 mit einer Antriebskraftübertragungseinrichtung 20 koppelbar. Die Antriebskraftübertragungseinrichtung 20 umfasst ein Antriebsfreilaufzahnrad 22, das über einen Antriebsfreilauf 24 mit der Welle 18 koppelbar ist. Der Antriebsfreilauf 24 ist so geschaltet, dass, wenn der Antriebsfreilauf 24 sperrt, ein Drehmoment von der Welle 18 auf das Antriebsfreilaufzahnrad 22 übertragen wird. Das Antriebsfreilaufzahnrad 22 kämmt mit einem Antriebszahnrad 25, das drehfest mit einer Getriebewelle 26 verbunden ist. Die Getriebewelle 26, die auch als Getriebeeingangswelle bezeichnet wird, geht von dem Getriebe 8 aus und ist über eine Kupplung 28 mit dem Verbrennungsmotor 13 koppelbar.
  • Die Getriebewelle 26 ist über eine Schubkraftübertragungseinrichtung 30 antriebsmäßig mit der Welle 18 des sekundären Antriebs 12 koppelbar. Die Schubkraftübertragungseinrichtung 30 umfasst ein Schubfreilaufzahnrad 32, das über einen Schubfreilauf 34 durch die Getriebewelle 26 antreibbar ist. Das Schubfreilaufzahnrad 32 kämmt mit einem Schubzahnrad 35, das drehfest mit der Welle 18 verbunden ist.
  • Der in 1 dargestellte Hybridantriebsstrang 1 kann in unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben werden. In einem ersten Betriebszustand, der auch als Antriebszustand bezeichnet wird, werden die Antriebsräder 4, 5 mit dem sekundären Antrieb 12, eventuell unterstützt vom primären Antrieb 11, angetrieben. Das von dem Elektromotor 14 abgegebene Drehmoment wird über die Welle 18 und den in dieser Richtung sperrenden Antriebsfreilauf 24 über die Antriebskraftübertragungseinrichtung 20 auf die Getriebeeingangswelle 26 übertragen. Die Schubkraftübertragungseinrichtung 30 bleibt ungenutzt, da der Schubfreilauf 34 in diesem Lastfall keine Drehmomente übertragen kann.
  • Wenn sich ein mit dem Hybridantriebsstrang 1 ausgestattetes Kraftfahrzeug im Schubbetrieb befindet oder gebremst wird, wird das an den Antriebsrädern 4, 5 entstehende oder erzeugte Drehmoment durch den Hybridantriebsstrang 1 über das Differential 9 in das Getriebe 8 und auf dessen Eingangswelle 26 übertragen. Von der Getriebewelle 26 wird das Drehmoment über den in dieser Richtung sperrenden Schubfreilauf 34 und die Schubkraftübertragungseinrichtung 30 auf die Welle 18 des sekundären Antriebs 12 übertragen. Die Antriebskraftübertragungseinrichtung 20 bleibt in diesem zweiten Betriebszustand ungenutzt, da der Antriebsfreilauf 24 in diesem Lastfall keine Drehmomente übertragen kann.
  • In einem weiteren Betriebszustand kann der primäre Antrieb 11 Energie zum Laden der Energiespeicher bereitstellen, mit denen der sekundäre Antrieb 12 betrieben wird. Der Drehmomentverlauf erfolgt in diesem weiteren oder dritten Betriebszustand genauso wie in dem vorab beschriebenen zweiten Betriebszustand.
  • Die Kraftübertragung erfolgt im dargestellten Beispiel über Zahnräder, kann aber auch durch ein Umschlingungsmittel, wie eine Kette oder einen Riemen, erfolgen.

Claims (10)

  1. Hybridantriebsstrang mit einem primären (11) und einem sekundären (12) Antrieb, die über ein Getriebe (8) einzeln oder zusammen antriebsmäßig mit mindestens einem Antriebsrad (4, 5) koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebe (11, 12) über zwei verschiedene Kraftübertragungseinrichtungen (20, 30), die jeweils einen Freilauf (24; 34) umfassen, einzeln oder zusammen mit dem Antriebsrad (4, 5) koppelbar sind.
  2. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Antrieb (12) in einem ersten Betriebszustand über eine Antriebskraftübertragungseinrichtung (20), die einen Antriebsfreilauf (24) umfasst, antriebsmäßig mit dem Antriebsrad (4, 5) verbunden ist.
  3. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (4, 5) in einem zweiten Betriebszustand über eine Schubkraftübertragungseinrichtung (30), die einen Schubfreilauf (34) umfasst, antriebsmäßig mit dem sekundären Antrieb (12) verbunden ist.
  4. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsfreilauf (24) mit einer Welle (18) des sekundären Antriebs (12) zusammenwirkt.
  5. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraftübertragungseinrichtung (20) ein Antriebsfreilaufzahnrad (22) umfasst, das über den Antriebsfreilauf (24) mit der Welle (18) des sekundären Antriebs (12) koppelbar ist und das sich mit einem Antriebszahnrad (25) in Eingriff befindet, das drehfest mit einer Getriebewelle (26) verbunden ist.
  6. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubfreilauf (34) mit der Getriebewelle (26) zusammenwirkt.
  7. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubkraftübertragungseinrichtung (30) ein Schubfreilaufzahnrad (32) umfasst, das über den Schubfreilauf (34) mit der Getriebewelle (26) koppelbar ist und das sich mit einem Schubzahnrad (35) in Eingriff befindet, das drehfest mit der Welle (18) des sekundären Antriebs (12) verbunden ist.
  8. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung 829) zwischen den primären Antrieb (11) und den Schubfreilauf (34) und eine weitere Kupplung (16) zwischen den sekundären Antrieb (11) und den Antriebsfreilauf (24) geschaltet ist.
  9. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Antrieb (11) eine Brennkraftmaschine (13) und der sekundäre Antriebe (12) eine Elektromaschine (14) umfasst.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebszustand das von dem sekundären Antrieb (12) abgegebene Drehmoment über den Antriebsfreilauf (24) auf das Antriebsrad (4, 5) übertragen wird, wobei in dem zweiten Betriebszustand das von dem Antriebsrad (4, 5) und/oder das von dem primären Antrieb (11) abgegebene Drehmoment über den Schubfreilauf (34) auf den sekundären Antrieb (12) übertragen wird.
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