DE102012105069A1 - Hybrid vehicle, has compressor driven by electric machine that is operated as generator in operating range or partial loading range of combustion engine, and another electric machine connected with crankshaft of engine - Google Patents

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Abstract

The vehicle has an electric machine (13) connected with a crankshaft (12) of a combustion engine (11). The combustion engine comprises outlet lines (24, 25) and an inlet line (14) that is arranged in a compressor (16). The compressor is driven by another electric machine (17) that is operated as a generator in an operating range or a partial loading range of the combustion engine. An air filter (15), a throttle valve (18) and an intake manifold are arranged in the inlet line. Inlet channels (20-23) are guided from the intake manifold to cylinders (1-4). Independent claims are also included for the following: (1) a combustion engine (2) a method for operating a hybrid vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer ersten elektrischen Maschine, welche mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist, wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen in einem Einlassstrang angeordneten Verdichter aufweist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches eine Brennkraftmaschine und zumindest eine erste elektrische Maschine aufweist, welche in zumindest einem Betriebsbereich durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei die Ansaugluft über zumindest einen im Einlassstrang angeordneten Verdichter verdichtet wird. The invention relates to a hybrid vehicle having an internal combustion engine and a first electric machine, which is drive-connected to the crankshaft of the internal combustion engine, wherein the internal combustion engine has at least one compressor arranged in an inlet line. Furthermore, the invention relates to a method for operating a hybrid vehicle having an internal combustion engine and at least one first electric machine, which is driven in at least one operating range by the internal combustion engine, wherein the intake air is compressed via at least one compressor arranged in the inlet line.

Aus den Veröffentlichungen JP 2006 105 075 A2 , EP 1 462 629 A1 , JP 2002 375 127 A2 und DE 100 24 390 A1 ist es bekannt, im Teillastbereich die Drosselverluste zur Energieerzeugung zu nutzen. Weiters ist es aus der Veröffentlichung DE 2009 045 624 A1 bekannt, einen Verdichter mit einem Generator zu koppeln. From the publications JP 2006 105 075 A2 . EP 1 462 629 A1 . JP 2002 375 127 A2 and DE 100 24 390 A1 It is known to use the throttle losses for energy production in the partial load range. Furthermore, it is from the publication DE 2009 045 624 A1 known to couple a compressor with a generator.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad des Antriebstranges eines Hybridfahrzeuges zu verbessern. The object of the invention is to improve the efficiency of the drive train of a hybrid vehicle.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Verdichter über eine zweite elektrische Maschine antreibbar ist, wobei die zweite elektrische Maschine in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine generatorisch betreibbar ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zweite elektrische Maschine im Teillastbereich generatorisch betreibbar ist. According to the invention this is achieved in that the compressor is drivable via a second electric machine, wherein the second electric machine is operable as a generator in at least one operating range of the internal combustion engine. It is preferably provided that the second electric machine can be operated as a generator in the partial load range.

An der Teillast wird durch Drosselung der Ansaugluft Strom erzeugt. Um die Verluste möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die erste elektrische Maschine momentenfrei im Leerlauf betrieben wird, sobald die zweite elektrische Maschine generatorisch betrieben wird. At the partial load, current is generated by throttling the intake air. In order to keep the losses as small as possible, it is advantageous if the first electric machine is operated at idle torque-free, as soon as the second electric machine is operated as a generator.

Die Schaufeln des Verdichters arbeiten als Turbine und drosseln die Ansaugluft. Die an der Teillast anfallenden Drosselverluste, welche bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen an der Drosselklappe auftreten, werden bei Betrieb der zweiten elektrischen Maschine als Generator sinnvoll zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Der normale Generator der Brennkraftmaschine – die erste elektrische Maschine – kann dabei ohne Belastung umlaufen und somit die Reibung reduzieren. Das Verdichterlaufrad arbeitet im Turbinenbetrieb am Effektivsten, wenn die Strömungsrichtung umgekehrt wird. Um dies zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Verdichter im Umkehrbetrieb betreibbar ist, sobald die zweite elektrische Maschine generatorisch betrieben wird, wobei vorzugsweise eine erste Umkehrleitung stromaufwärts des Verdichters vom Einlassstrang abzweigt und stromabwärts des Verdichters in den Einlassstrang einmündet. Eine zweite Umkehrleitung kann dabei stromaufwärts des Verdichters zwischen der ersten Umkehrleitung und dem Verdichter vom Einlassstrang abzweigen und stromabwärts des Verdichters und der Einmündung der ersten Umkehrleitung in den Einlassstrang einmündet, wobei zwischen den Abzweigungen und den Einmündungen der ersten und zweiten Umkehrleitung jeweils Absperreinrichtungen angeordnet sein können. The blades of the compressor work as a turbine and throttle the intake air. The resulting at the partial load throttle losses, which occur in conventional internal combustion engines at the throttle, are used in operation of the second electric machine as a generator useful for generating electrical energy. The normal generator of the internal combustion engine - the first electric machine - can rotate without load and thus reduce friction. The compressor impeller works most effectively in turbine operation when the direction of flow is reversed. To achieve this, it is advantageous if the compressor is operable in reverse mode as soon as the second electric machine is operated as a generator, wherein preferably a first return line upstream of the compressor branches off from the intake branch and opens into the intake branch downstream of the compressor. In this case, a second reversing line can branch off from the inlet line upstream of the compressor between the first reversing line and the compressor and opens into the inlet line downstream of the compressor and the junction of the first reversing line, whereby shut-off devices can be arranged between the branches and the junctions of the first and second reversing line ,

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert. The invention will be explained in more detail below with reference to FIG.

Der Antriebsstrang 10 für ein Hybridfahrzeug weist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine 11 mit mehreren Zylindern 1, 2, 3, 4 auf, deren weiter nicht dargestellte Kolben auf eine Kurbelwelle 12 einwirken. Die Kurbelwelle 12 ist mit einer ersten elektrischen Maschine 13 antriebsverbunden. Die Brennkraftmaschine 11 weist einen Einlassstrang 14 mit einem Luftfilter 15, einen Verdichter 16, eine Drosselklappe 18 und einen Einlasssammler 9 auf, von welchem Einlasskanäle 20, 21, 22 und 23 zu den Zylindern 1, 2, 3, 4 führen. Mit Bezugszeichen 24 und 25 sind Auslassstränge der Brennkraftmaschine 11 bezeichnet. The powertrain 10 for a hybrid vehicle has a spark-ignition internal combustion engine 11 with several cylinders 1 . 2 . 3 . 4 on, whose piston is not shown on a crankshaft 12 act. The crankshaft 12 is with a first electric machine 13 drive-connected. The internal combustion engine 11 has an inlet branch 14 with an air filter 15 , a compressor 16 , a throttle 18 and an inlet collector 9 on which inlet ducts 20 . 21 . 22 and 23 to the cylinders 1 . 2 . 3 . 4 to lead. With reference number 24 and 25 are outlet strands of the internal combustion engine 11 designated.

Der Verdichter 16 ist mit einer zweiten elektrischen Maschine 17 antriebsverbunden, wobei die zweite elektrische Maschine sowohl als Motor, als auch als Generator betreibbar ist. Im Generatorbetrieb der zweiten elektrischen Maschine 17 wird der Verdichter 16 umgekehrt durchströmt und arbeitet somit als Turbine. The compressor 16 is with a second electric machine 17 drivingly connected, wherein the second electric machine is operable both as a motor, and as a generator. In the generator mode of the second electric machine 17 becomes the compressor 16 flows through in reverse and thus works as a turbine.

Zur Umkehrung der Strömung durch den Verdichter 16 ist eine erste Umkehrleitung 26 und eine zweite Umkehrleitung 27 vorgesehen, welche Umkehrleitungen 26, 27, jeweils stromaufwärts des Verdichters 16 vom Einlassstrang 14 abzweigen und stromabwärts des Verdichters 16 in den Einlassstrang 14 wieder einmünden. Die Abzweigung 27a der zweiten Umkehrleitung 27 ist dabei zwischen der ersten Abzweigung 26a der ersten Umkehrleitung 26 und dem Verdichter 16 angeordnet. Der Mündungsbereich 27b der zweiten Umkehrleitung 27 befindet sich stromabwärts des Mündungsbereiches 26b der ersten Umkehrleitung 26. Zwischen den Abzweigungen 26a, 27 ist dabei ein erstes Absperrventil 28 und zwischen den Mündungen 26b, 27b ein zweites Absperrventil 29 angeordnet. To reverse the flow through the compressor 16 is a first reverse line 26 and a second reverse line 27 provided, which reverse lines 26 . 27 , respectively upstream of the compressor 16 from the inlet branch 14 branch off and downstream of the compressor 16 in the inlet strand 14 merge again. The turnoff 27a the second reverse line 27 is between the first branch 26a the first reverse line 26 and the compressor 16 arranged. The mouth area 27b the second reverse line 27 is located downstream of the mouth area 26b the first reverse line 26 , Between the branches 26a . 27 is a first shut-off valve 28 and between the mouths 26b . 27b a second shut-off valve 29 arranged.

Im Vollastbereich der Brennkraftmaschine 11 wird die zweite elektrische Maschine 17 motorisch zur Verdichtung der Ansaugluft betrieben, um das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine 11 zu erhöhen. Bei Teillast hingegen wird die zweite elektrische Maschine 17 als Generator betrieben, wobei der Verdichter 16 in umgekehrter Strömungsrichtung durchströmt wird. Die Umkehrung der Strömungsrichtungen wird durch Schließen der Absperreinrichtungen 28, 29 ermöglicht. Die Schaufeln des Verdichters 16 arbeiten somit als Turbine und drosseln die Ansaugluft. Die im Teillastbereich bei einer Otto-Brennkraftmaschine auftretenden Drosselverluste im Einlassstrang 14 werden somit effektiv zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Die erste elektrische Maschine 13 dabei kann im Teillastbereich ohne Belastung frei betrieben werden, um die Reibung zu reduzieren. Für das Erhalten der Leerlaufdrehzahl des elektrischen Laders ist keine zusätzliche Energie nötig. In the full load range of the internal combustion engine 11 becomes the second electric machine 17 motor operated to compress the intake air to the drive torque of the internal combustion engine 11 to increase. At partial load, however, is the second electric machine 17 operated as a generator, the compressor 16 flows through in the reverse flow direction. The reversal of the flow directions is achieved by closing the shut-off devices 28 . 29 allows. The blades of the compressor 16 thus work as a turbine and throttle the intake air. The throttle losses in the intake line occurring in the partial load range in an Otto internal combustion engine 14 are thus effectively used to generate electrical energy. The first electric machine 13 It can be operated freely in the partial load range without load to reduce friction. For obtaining the idle speed of the electric charger no additional energy is needed.

Der Verdichter 16 befindet sich im Hauptluftmassenstrom. Im Schubbetrieb wird Bremsenergie der als Generator arbeitenden erste elektrischen Maschine 13 rückgewonnen. Auch bei Betrieb der zweiten elektrischen Maschine 17 zum Antrieb des Verdichters 16 kann über die als Generator arbeitende erste elektrische Maschine 13 elektrische Energie erzeugt werden, um den elektrischen Energiespeicher des Fahrzeuges zu schonen. Um den Anfahrvorgang zu beschleunigen, kann während dem Anfahrvorganges die erste elektrische Maschine 13 als Motor betrieben werden, und somit zusätzliches Drehmoment an die Kurbelwelle 12 liefern. Dadurch, dass die zweite elektrische Maschine 17 im Anfahrbetrieb auch als Motor arbeitet und den Verdichter 16 antreibt, wird rasch ein hoher Ladedruck aufgebaut und der Anfahrvorgang beschleunigt. The compressor 16 is in the main air mass flow. In overrun braking energy is the first electric machine working as a generator 13 recovered. Also when operating the second electric machine 17 to drive the compressor 16 can via the first electric machine working as a generator 13 electrical energy are generated to protect the electrical energy storage of the vehicle. To accelerate the starting process, the first electric machine can be used during the starting process 13 be operated as an engine, and thus additional torque to the crankshaft 12 deliver. Because of that, the second electric machine 17 during startup operation also works as a motor and the compressor 16 drives, a high boost pressure is built up quickly and the startup process is accelerated.

Bei längerem Betrieb der zweiten elektrischen Maschine 17 als Motor zum Antrieb des Verdichters 16 kann die erste elektrische Maschine 13 in Überlast betrieben werden und dabei Strom für den Antrieb der zweiten elektrischen Maschine 17 erzeugen. For longer operation of the second electric machine 17 as a motor to drive the compressor 16 can be the first electric machine 13 be operated in overload while power for driving the second electric machine 17 produce.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 2009045624 A1 [0002] DE 2009045624 A1 [0002]

Claims (9)

Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (11) und zumindest einer ersten elektrischen Maschine (13), welche mit der Kurbelwelle (12) der Brennkraftmaschine (11) antriebsverbunden ist, wobei die Brennkraftmaschine (11) zumindest einen in einem Einlassstrang (14) angeordneten Verdichter (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16) über eine zweite elektrische Maschine (17) antreibbar ist, wobei die zweite elektrische Maschine (17) in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (11) generatorisch betreibbar ist. Hybrid vehicle with an internal combustion engine ( 11 ) and at least one first electrical machine ( 13 ), which with the crankshaft ( 12 ) of the internal combustion engine ( 11 ) is drivingly connected, wherein the internal combustion engine ( 11 ) at least one in an inlet branch ( 14 ) arranged compressors ( 16 ), characterized in that the compressor ( 16 ) via a second electrical machine ( 17 ) is driven, wherein the second electric machine ( 17 ) in at least one operating region of the internal combustion engine ( 11 ) is operable as a generator. Brennkraftmaschine (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (17) im Teillastbereich generatorisch betreibbar ist. Internal combustion engine ( 11 ) according to claim 1, characterized in that the second electric machine ( 17 ) is operable as a generator in the partial load range. Brennkraftmaschine (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16) im Umkehrbetrieb betreibbar ist, sobald die zweite elektrische Maschine (17) generatorisch betrieben wird. Internal combustion engine ( 11 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the compressor ( 16 ) is reversible as soon as the second electric machine ( 17 ) is operated as a generator. Brennkraftmaschine (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Umkehrleitung (26) stromaufwärts des Verdichters (16) vom Einlassstrang (14) abzweigt und stromabwärts des Verdichters (16) in den Einlassstrang (14) einmündet, und dass eine zweite Umkehrleitung (27) stromaufwärts des Verdichters (16) zwischen der ersten Umkehrleitung (26) und dem Verdichter (16) vom Einlassstrang (14) abzweigt und stromabwärts des Verdichters (16) und der Einmündung (26b) der ersten Umkehrleitung (16) in den Einlassstrang (14) einmündet, wobei zwischen den Abzweigungen (26a, 27a) und den Einmündungen (26b, 27b) der ersten und zweiten Umkehrleitung (26, 27) jeweils Absperreinrichtungen (28, 29) angeordnet sind. Internal combustion engine ( 11 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that a first reversing line ( 26 ) upstream of the compressor ( 16 ) from the inlet branch ( 14 ) branches off and downstream of the compressor ( 16 ) in the inlet strand ( 14 ), and that a second inversion line ( 27 ) upstream of the compressor ( 16 ) between the first return line ( 26 ) and the compressor ( 16 ) from the inlet branch ( 14 ) branches off and downstream of the compressor ( 16 ) and the junction ( 26b ) of the first return line ( 16 ) in the inlet strand ( 14 ), wherein between the branches ( 26a . 27a ) and the junctions ( 26b . 27b ) of the first and second reverse line ( 26 . 27 ) each shut-off devices ( 28 . 29 ) are arranged. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches eine Brennkraftmaschine (11) und zumindest eine erste elektrische Maschine (13) aufweist, welche in zumindest einem Betriebsbereich durch die Brennkraftmaschine (11) angetrieben wird, wobei die Ansaugluft über zumindest einen im Einlassstrang (14) angeordneten Verdichter (16) verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16) über eine zweite elektrische Maschine (17) angetrieben wird, wobei die zweite elektrische Maschine (17) in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (11) durch den als Turbine arbeitenden Verdichter (16) angetrieben und generatorisch betrieben wird. Method for operating a hybrid vehicle, which has an internal combustion engine ( 11 ) and at least one first electric machine ( 13 ), which in at least one operating range by the internal combustion engine ( 11 ), wherein the intake air via at least one in the inlet strand ( 14 ) arranged compressors ( 16 ), characterized in that the compressor ( 16 ) via a second electrical machine ( 17 ), wherein the second electric machine ( 17 ) in at least one operating region of the internal combustion engine ( 11 ) by the turbine operating compressor ( 16 ) is driven and operated as a generator. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (17) zumindest im Teillastbereich generatorisch betrieben wird. Method according to claim 5, characterized in that the second electric machine ( 17 ) is operated as a generator at least in the partial load range. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (13) momentenfrei im Leerlauf betrieben wird, sobald die zweite elektrische Maschine (17) generatorisch betrieben wird. Method according to claim 5 or 6, characterized in that the first electric machine ( 13 ) is operated torque-free at idle, as soon as the second electric machine ( 17 ) is operated as a generator. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebsbereich die erste elektrische Maschine (13) in Überlast betrieben wird, wobei vorzugsweise die erste elektrische Maschine (13) die elektrische Energie zum Antrieb der zweiten elektrischen Maschine (17) zur Verfügung stellt. Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that in at least one operating region, the first electric machine ( 13 ) is operated in overload, wherein preferably the first electrical machine ( 13 ) the electrical energy for driving the second electric machine ( 17 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16) im Umkehrbetrieb betrieben wird, sobald die zweite elektrische Maschine (17) generatorisch betrieben wird. Method according to one of claims 5 to 8, characterized in that the compressor ( 16 ) is operated in reverse, as soon as the second electric machine ( 17 ) is operated as a generator.
DE102012105069A 2011-07-04 2012-06-12 Hybrid vehicle, has compressor driven by electric machine that is operated as generator in operating range or partial loading range of combustion engine, and another electric machine connected with crankshaft of engine Pending DE102012105069A1 (en)

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