DE102012016613A1 - Generator or drive arrangement in motorized vehicle, particularly motor vehicle or land vehicle, electric vehicle, aircraft or boat, has electric machine runs in starter mode in operating direction - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Generator-/Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Generator-/Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15 und ein motorisches Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17.The present invention relates to a generator / drive arrangement according to the preamble of
Bei einem motorischen Fahrzeug kann es sich vorliegend ganz allgemein um ein motorisches Landfahrzeug (Kraftfahrzeug), Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug handeln.In the present case, a motor vehicle may very generally be a motor land vehicle (motor vehicle), watercraft or aircraft.
Die in Rede stehende Generator-/Antriebsanordnung findet beispielsweise Anwendung in Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Fahrantrieb. Solche Elektrofahrzeuge sind mit einer elektrischen Maschine zur Bereitstellung der für den Fahrbetrieb erforderlichen Antriebsleistung, mit einer elektrischen Steuerung und einem elektrischen Energiespeicher in Form von Akkumulatoren ausgestattet.The generator / drive arrangement in question is used for example in motor vehicles with an electric traction drive. Such electric vehicles are equipped with an electric machine for providing the drive power required for driving, with an electric control and an electrical energy storage in the form of accumulators.
Die obigen Elektrofahrzeuge haben sich im Kurzstreckenbetrieb bewährt. Allerdings ist die Reichweite von Elektrofahrzeugen aufgrund der beschränkten Energiespeicher-Kapazität gering. Hinzu kommt, dass die für das Aufladen des Energiespeichers erforderlichen Ladezeiten relativ hoch sind.The above electric vehicles have proven themselves in short-distance operation. However, the range of electric vehicles due to the limited energy storage capacity is low. In addition, the charging times required for charging the energy storage are relatively high.
Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen, wird die in Rede stehende Generator-/Antriebsanordnung als sogenannter „Range-Extender” eingesetzt. Die primäre Funktion eines Range-Extenders ist das Aufladen des elektrischen Energiespeichers. Vorteilhaft ist dabei die Tatsache, dass das Aufladen des elektrischen Energiespeichers keine zusätzlichen Wartezeiten erfordert, da das Aufladen während des Fahrbetriebs erfolgt. Im Sinne einer optimalen Ausnutzung der vorhandenen Komponenten wird die Generator-/Antriebsanordnung regelmäßig auch für den Antrieb eines Nebenaggregates, wie eines Klimakompressors oder dgl. genutzt.In order to increase the range of electric vehicles, the generator / drive arrangement in question is used as a so-called "range extender". The primary function of a range extender is to charge the electrical energy storage. The advantage here is the fact that the charging of the electrical energy storage requires no additional waiting times, since the charging takes place during driving. In terms of optimal utilization of existing components, the generator / drive assembly is also regularly used for the drive of an auxiliary unit, such as an air conditioning compressor or the like.
Die bekannte Generator-/Antriebsanordnung (
Es darf darauf hingewiesen werde, dass mit dem Begriff ”rotatorischer Motor” ganz allgemein ein Motor mit einer rotatorischen Antriebswelle gemeint ist. Darunter fallen beispielsweise auch Kolbenmotoren, bei denen eine Kolbenanordnung eine Antriebswelle antreibt.It may be pointed out that the term "rotary motor" quite generally means a motor with a rotary drive shaft. These include, for example, piston engines in which a piston assembly drives a drive shaft.
Die bekannte Generator-/Antriebsanordnung weist eine Kupplungsanordnung auf, die im Antriebsstrang als auch im Abtriebsstrang mit schalt- oder regelbaren Kupplungen ausgestattet ist. Über eine entsprechende externe, insbesondere elektrische Ansteuerung der Kupplungsanordnung lassen sich verschiedene Betriebsmodi einstellen.The known generator / drive assembly has a coupling arrangement which is equipped in the drive train and in the output train with switchable or controllable couplings. Via a corresponding external, in particular electrical activation of the clutch arrangement, different operating modes can be set.
In einem ersten Betriebsmodus „Anlassermodus” treibt die Elektromaschine den Verbrennungsmotor zum Anlassen an. In einem zweiten Betriebsmodus „Generatormodus” treibt der Verbrennungsmotor die Elektromaschine als Generator an. In einem dritten Betriebsmodus „VM-Antriebsmodus” leitet der Verbrennungsmotor mechanische Antriebsleistung über den Abtriebsstrang aus. In einem vierten Betriebsmodus „EM-Antriebsmodus” leitet die Elektromaschine mechanische Antriebsleistung über den Abtriebsstrang aus.In a first operating mode "starter mode", the electric machine drives the internal combustion engine to start. In a second operating mode "generator mode", the internal combustion engine drives the electric machine as a generator. In a third mode of operation "VM propulsion mode", the engine derives mechanical propulsion power via the power train. In a fourth operating mode "EM drive mode", the electric machine derives mechanical drive power via the power train.
Zwar erlaubt die bekannte Generator-/Antriebsanordnung eine gute Ausnutzung der vorhandenen Komponenten. Allerdings ist die Umsetzung und Ansteuerung der für die Einstellung der verschiedenen Betriebsmodi erforderlichen Kupplungsanordnung aufwendig.Although the known generator / drive arrangement allows a good utilization of the existing components. However, the implementation and control of the clutch arrangement required for setting the various operating modes is complicated.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Generator-/Antriebsanordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Umsetzung und Ansteuerung der Kupplungsanordnung vereinfacht wird.The invention is based on the problem of designing the known generator / drive arrangement such and further, that the implementation and control of the clutch assembly is simplified.
Das obige Problem wird bei einer Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.The above problem is solved in a clutch assembly according to the preamble of
Der vorschlagsgemäßen Lösung liegt die grundsätzliche Überlegung zugrunde, die Betriebsmodi der Generator-/Antriebsanordnung so auszulegen, dass die Kupplungsanordnung jedenfalls zum Teil selbstschaltend ausgebildet sein kann. Auf eine aufwendige Ansteuerung der Kupplungsanordnung kann damit grundsätzlich verzichtet werden.The solution according to the proposal is based on the fundamental consideration of designing the operating modes of the generator / drive arrangement such that the clutch arrangement can in any case be partially self-switching. In a complex control of the clutch assembly can thus be dispensed with in principle.
Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die Elektromaschine im Anlassermodus in einer ersten Betriebsrichtung und im EM-Antriebsmodus, also bei dem Ausleiten von mechanischer Antriebsleistung der Elektromaschine über den Abtriebsstrang, in einer zweiten, entgegengesetzten Betriebsrichtung läuft.In detail, it is proposed that the electric machine in the starter mode in a first operating direction and in the EM drive mode, ie in the discharge of mechanical drive power of the electric machine via the output line, running in a second, opposite operating direction.
Der obige, bidirektionale Betrieb der Elektromaschine wird vorschlagsgemäß dafür genutzt, die Verbrennungsmaschine mit der Elektromaschine selbstschaltend zu kuppeln. Hierfür ist die Kupplungsanordnung mit einer richtungsbetätigten Schaltkupplung im Antriebsstrang zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine ausgestattet. Eine solche richtungsbetätigte Schaltkupplung wird auch als „Freilaufkupplung” bezeichnet. Je nach Richtung des Kraftflusses kuppelt oder entkuppelt eine solche Schaltkupplung.The above, bidirectional operation of the electric machine is proposed according used for the internal combustion engine with the To couple electric machine self-switching. For this purpose, the clutch assembly is equipped with a direction-actuated clutch in the drive train between the engine and electric machine. Such a directional clutch is also referred to as a "one-way clutch". Depending on the direction of the power flow couples or uncouples such a clutch.
Vorschlagsgemäß ist die Anordnung so getroffen, dass die richtungsbetätigte Schaltkupplung den Antriebsstrang zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine im Anlassermodus durchschaltet und im EM-Antriebsmodus nicht durchschaltet.According to the proposal, the arrangement is such that the direction-actuated clutch through-connects the drive train between the engine and electric motor in starter mode and does not turn on in the EM drive mode.
Mit „Durchschalten” ist vorliegend ganz allgemein zu verstehen, dass über den durchgeschalteten Antriebsstrang mechanische Antriebsleistung übertragen werden kann.By "switching through" is to be understood quite generally in this case that mechanical drive power can be transmitted via the through-connected drive train.
Mit der vorschlagsgemäßen Lösung ist einerseits der Anlassermodus bei durchgeschaltetem Antriebsstrang gewährleistet. Andererseits kann im EM-Antriebsmodus die Antriebsleistung der Elektromaschine über den Abtriebsstrang ausgeleitet werden, ohne dass der Verbrennungsmotor mitgeschleppt werden muss. Das liegt daran, dass der Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine im EM-Antriebsmodus nicht durchgeschaltet ist.With the proposed solution, on the one hand, the starter mode is ensured when the powertrain is switched through. On the other hand, in the EM drive mode, the drive power of the electric machine can be discharged via the output train, without the need for the internal combustion engine to be entrained. This is because the powertrain between the engine and the electric machine is not turned on in the EM drive mode.
Für die Realisierung des Generatormodus sowie des VM-Antriebsmodus ist gemäß Anspruch 2 eine drehzahlbetätigte Schaltkupplung vorgesehen, die gemäß Anspruch 3 antriebstechnisch parallel zu der richtungsbetätigten Schaltkupplung angeordnet ist. Bei der besonders bevorzugten Auslegung gemäß Anspruch 9 ist im Übergang vom Anlassermodus auf den Generatormodus bzw. den VM-Antriebsmodus ein Einkuppeln sowohl der richtungsbetätigten als auch der drehzahlbetätigten Kupplung vorgesehen. Damit ist sichergestellt, dass bei der resultierenden Umkehr des Antriebs-Kraftflusses das Durchschalten des Antriebsstrangs aufrechterhalten wird.For the realization of the generator mode and the VM drive mode, a speed-actuated clutch is provided according to
Bei den weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 11 bis 14 ist neben der ersten drehzahlbetätigten Schaltkupplung im Antriebsstrang eine zweite drehzahlbetätigte Schaltkupplung im Abtriebsstrang vorgesehen, die bezogen auf die Drehzahl des Verbrennungsmotors oder der Elektromaschine unterschiedliche Schaltverhalten aufweisen. Dadurch kann das in den Antriebsmodi anzutreibende Nebenaggregat durch eine selbstschaltende Kupplungsfunktion an- und abgekuppelt werden.In the further preferred embodiments according to claims 11 to 14, a second speed-actuated clutch in the drive train is provided in addition to the first speed-actuated clutch in the drive train, which have different switching behavior relative to the rotational speed of the internal combustion engine or the electric machine. As a result, the accessory to be driven in the drive modes can be connected and disconnected by a self-switching clutch function.
Mit der letztgenannten Variante lässt sich die Kupplungsanordnung insgesamt mechanisch selbstschaltend ausgestalten. Auf eine elektrische Ansteuerung der Kupplungsanordnung kann damit vollständig verzichtet werden.With the latter variant, the clutch assembly can make a total of mechanically self-switching. On an electrical control of the clutch assembly can be completely dispensed with.
Die Ausstattung der Kupplungsanordnung mit einer ersten drehzahlbetätigten Schaltkupplung und einer zweiten drehzahlbetätigten Schaltkupplung, die unterschiedliche drehzahlbezogene Schaltverhalten aufweisen, ist Gegenstand einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der eigenständige Bedeutung zukommt.The equipment of the clutch assembly with a first speed-actuated clutch and a second speed-actuated clutch, which have different speed-related switching behavior is the subject of another teaching according to
Nach dieser weiteren Lehre ist erkannt worden, dass die verschiedenen Schaltkupplungen der Kupplungsanordnung über die Einstellung vorbestimmter Drehzahlen des Verbrennungsmotors oder der Elektromaschine gezielt geschaltet werden können. Dies entspricht gewissermaßen einer mechanischen Adressierung der verschiedenen Schaltkupplungen über die Drehzahl nach dem grundlegenden Prinzip des aus der Datenkommunikation bekannten Bussystems.After this further teaching has been recognized that the various clutches of the clutch assembly can be selectively switched by setting predetermined speeds of the engine or electric machine. This corresponds to a certain extent a mechanical addressing of the various clutches on the speed according to the basic principle of the known from data communication bus system.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 17, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein motorisches Fahrzeug mit einem elektrischen Fahrantrieb beansprucht. Der Fahrantrieb weist in üblicher Weise mindestens eine die Antriebsleistung für den Fahrbetrieb bereitstellende Elektromaschine sowie eine elektrische Steuerung und einen Energiespeicher auf.According to another teaching according to
Wesentlich nach dieser weiteren Lehre ist die Tatsache, dass separat vom Fahrantrieb eine vorschlagsgemäße Generator-/Antriebsanordnung vorgesehen ist. Dabei dient die Generator-/Antriebsanordnung dem Aufladen des Energiespeichers einerseits und dem Antrieb eines Nebenaggregates, beispielsweise eines Klimakompressors oder dgl., andererseits.Essential to this further teaching is the fact that a proposed generator / drive assembly is provided separately from the drive. The generator / drive arrangement serves to charge the energy storage unit on the one hand and drive an auxiliary unit, for example an air conditioning compressor or the like, on the other hand.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 18 kann es sich bei dem von der Generator-Antriebsanordnung angetriebenen Verbraucheraggregat auch um den Fahrantrieb selbst und/oder den Fahrantriebsstrang selbst handen.In the preferred embodiment according to
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:In the following the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. In the drawing shows:
Die in der Zeichnung dargestellte Generator-/Antriebsanordnung
Zum wahlweisen Ausleiten von mechanischer Antriebsleistung des Verbrennungsmotors
Die vorschlagsgemäße Generator-/Antriebsanordnung
Im ”VM-Antriebsmodus” leitet der Verbrennungsmotor
Jeder der obigen Betriebsmodi erfordert eine spezielle Kupplungskonstellation zwischen Verbrennungsmotor
Wesentlich ist nun, dass die Elektromaschine
Es lässt sich der Darstellung gemäß
Vorzugsweise weist die Kupplungsanordnung
Wenn vorliegend von einem drehzahlabhängigen Schaltverhalten einer Kupplung die Rede ist, ist stets die Drehzahl des Verbrennungsmotors
Wie in der Detaildarstellung in
In besonders bevorzugter Ausgestaltung liegt die der drehzahlbetätigten Schaltkupplung
Es lässt sich der Darstellung gemäß
Interessant bei der in
Hier und vorzugsweise ist es allerdings so, dass die beiden Kupplungen
Die in
Die obige Kompaktheit ergibt sich bei der in
Die Elektromaschine
Bei der in
Der Auslegung der richtungsbetätigten Schaltkupplung
Bei einem Überschreiten der Schaltdrehzahl der drehzahlbetätigten Schaltkupplung
Im anschließenden Generatormodus oder VM-Antriebsmodus verliert durch die resultierende Umkehr des Antriebs-Kraftflusses die richtungsabhängige Kupplung
Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Verbraucheraggregat
In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist es allerdings vorgesehen, dass die im Abtriebsstrang
Im Einzelnen ist vorzugsweise so, dass die erste Schaltkupplung
Die obige Variante mit zwei unterschiedlichen drehzahlbetätigten Schaltkupplungen
Bei einer solchen bevorzugten Auslegung ist der Abtriebsstrang
Die obige Auslegung derart, dass der Verbrennungsmotor
Die zweite drehzahlbetätigte Schaltkupplung
Für die Ausgestaltung der Schaltkupplungen
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Generator-/Antriebsanordnung beansprucht, bei der die Kupplungsanordnung
Nach dieser weiteren Lehre kommt es nicht notwendigerweise darauf an, dass eine richtungsbetätigte Schaltkupplung
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein motorisches Fahrzeug
Wie oben angesprochen, kann es sich bei dem Fahrzeug
Das vorschlagsgemäße Fahrzeug
Der Fahrantrieb
Der Fahrantrieb
Wesentlich ist nun, dass separat vom Fahrantrieb
Das vorschlagsgemäße Fahrzeug
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Fahrzeugs
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2012
- 2012-08-23 DE DE102012016613A patent/DE102012016613A1/en active Pending
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