DE102012204495B4

DE102012204495B4 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012204495B4
Application number: DE102012204495.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Herger; Daniel Witzel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: DE102012204495A1

Abstract

Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit:- einem Verbrennungsmotor (10), zum Antreiben des Fahrzeugs,- einem Kältemittelverdichter (17) und- einer E-Maschine (16), die in einem ersten Betriebszustand als Zustarteinrichtung für den Verbrennungsmotor (10) fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine (16) zu dem Verbrennungsmotor erfolgt und/oder in einem zweiten Betriebszustand als Antriebseinrichtung für den Kältemittelverdichter (17) fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine zu dem Kältemittelverdichter (17) erfolgt,wobeidie E-Maschine (16) ein Hochvolt Elektromotor ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie E-Maschine (16) beidseitig je einen Wellenausgang (16a, 16b) aufweist und über einen ersten Wellenausgang (16a) mit dem Kältemittelverdichter (17) verbindbar ist und über einen zweiten Wellenausgang (16b) mit dem Verbrennungsmotor (10) verbindbar ist, wobei der Verbrennungsmotor (10) mit der E-Maschine (16) über ein Umschlingungsgetriebe, verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor zum Vorantreiben des Fahrzeugs, einem Kältemittelverdichter und einer E-Maschine, die in einem ersten Betriebszustand als Zustarteinrichtung für den Verbrennungsmotor fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine zu dem Verbrennungsmotor erfolgt und/oder in einem zweiten Betriebszustand als Antriebseinrichtung für den Kältemittelverdichter fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine zu dem Kältemittelverdichter erfolgt.
Im heutigen Fahrzeugbau werden zur Reduzierung der Umweltbelastung Hybrid-Technologien vermehrt eingesetzt. Fahrzeuge mit Hybrid-Antrieb zeichnen sich dadurch aus, dass sie mehrere Antriebsaggregate aufweisen, die geeignet sind den Vortrieb des Fahrzeugs sicherzustellen, wobei im Allgemeinen ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Otto- oder Dieselmotor und ein Elektromotor Verwendung finden.
Durch die Verwendung eines Elektromotors als zusätzliches Antriebsaggregat benötigen Hybridfahrzeuge eine höhere Spannungslage, wobei in der Regel Spannungen größer 12 V verwendet werden. Wenn Fahrzeuge mit einer Klimaanlage als Sonderausstattung bestückt werden, wird häufig eine weitere E-Maschine verbaut, die zum Betrieb der Klimaanlage verwendet wird. Gleichzeitig wird als Zustarteinheit eine separate E-Maschine verwendet, die in einem motorischen Betriebszustand zum Starten des Verbrennungsmotors und in einem generatorischen Betriebszustand zum Laden des Fahrzeugbordnetzes bzw. dessen Batterie verwendet werden kann.
Solche Fahrzeuge weisen jedoch den Nachteil auf, dass zwei verhältnismäßig teure E-Maschinen benötigt werden, von denen aber immer nur eine genutzt wird. Dies stellt nicht nur in monetärer Hinsicht einen Nachteil dar, sondern erhöht auch den Montageaufwand bei der Fertigung. Durch die zusätzlichen Bauteile erhöht sich das Fahrzeuggewicht, das sich wiederrum in einer Erhöhung des Fahrzeugverbrauches sowie der Fahrzeugemissionen niederschlägt. Nicht zuletzt stellen die zusätzlichen Bauteile auch eine Einschränkung des Bauraums dar.
In der Regel wird ferner für die Zustarteinheit des Verbrennungsmotors zusätzlich eine weitere Batterie inclusive eines DC/DC-Wandlers benötigt, um Spannungseinbrüche im 12-Volt-Bordnetz zu vermeiden. Abgesehen von dem beträchtlichen Mehrgewicht benötigen diese zusätzlichen Komponenten ein Diagnosesystem.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 017 760 A1 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit: einer Brennkraftmaschine zum Antreiben eines Getriebes des Antriebssystems; und einer ersten Elektromaschine, welche mittels einer ersten Kopplungsanordnung mit einem ersten Übersetzungsverhältnis oder mittels einer zweiten Kopplungsanordnung mit einem sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis unterscheidendem zweiten Übersetzungsverhältnis wahlweise mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2005 034 148 A1 stellt ein Verfahren zum Starten eines Fahrzeugs in einer kalten Temperaturumgebung und zum Minimieren der Zeit bereit, die das Fahrzeug während des Betriebs innerhalb einer Resonanzfrequenzzone verbringt.
Die US 2008/0242498 A1 zeigt ein Getriebe für ein Hybridfahrzeug.
Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein vereinfachtes Kraftfahrzeug anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem die Anzahl an Komponenten reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dar.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug vor, mit: einem Verbrennungsmotor, zum Antreiben des Fahrzeugs, einem Kältemittelverdichter und einer E-Maschine, die in einem ersten Betriebszustand als Zustarteinrichtung für den Verbrennungsmotor fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine zu dem Verbrennungsmotor erfolgt und/oder in einem zweiten Betriebszustand als Antriebseinrichtung für den Kältemittelverdichter fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine zu dem Kältemittelverdichter erfolgt. Weiterhin kann die E-Maschine ein Hochvolt Elektromotor sein. Vorteilhafterweise ergeben sich Gewichts-, Kosteneinsparungen und Package-Verbesserungen durch den Entfall eines zusätzlichen Starter Generators, einer zweiten 12-Volt-Batterie, Verbindungskabelbaum und Elektronik zwischen den beiden 12-Volt-Bordnetzen und der Zustarteinrichtung. Im Sinne der Erfindung sind Hochvoltspannungen Gleichspannungen, die im Bereich von 30V bis 750V, bevorzugt im Bereich von 45V bis 450V und besonders bevorzugt im Bereich von 48V liegen.
Ferner kann die E-Maschine in einem dritten Betriebszustand als Hochvolt-Generator betreibbar sein, wobei ein Kraftfluss von dem Verbrennungsmotor zu der E-Maschine erfolgt. Dadurch kann auf besonders einfache Weise mit eine Batterie bzw. ein Hochvoltspeicher des Fahrzeugs mit derselben E-Maschine geladen werden, die auch zum Starten des Verbrennungsmotors oder zu Antrieb des Klimakompressors eingesetzt wird.
Zusätzlich kann die Verbindung der E-Maschine mit dem Verbrennungsmotor über eine Kupplung zu- und abschaltbar sein.
Weiterhin kann zwischen der Kupplung und der E-Maschine ein Getriebe, insbesondere ein Planetenradgetriebe, vorgesehen sein. Dies bietet den Vorteil, dass auf besonders geringem Bauraum eine Getriebeuntersetzung von der E-Maschine zu dem Verbrennungsmotor realisiert werden kann.
Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor mit der E-Maschine über eine Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere einem Umschlingungsgetriebe, einem Zahnradgetriebe oder über eine Welle verbindbar sein. Erfindungsgemäß ist der Verbrennungsmotor mit der E-Maschine über ein Umschlingungsgetriebe verbunden. Im Sinne der Erfindung sind Umschlingungsgetriebe Zahnriemen, Keilriemen und/oder Kettentriebe zu verstehen. Durch die Verwendung von Umschlingungsgetrieben wird der benötigte Bauraum auf ein Mindestmaß reduziert, da beispielsweise durch die Verwendung von Umlenkrollen, Umschlingungsgetriebe einen sehr geringen Packagebedarf aufweisen.
Darüber hinaus kann die E-Maschine beidseitig je ein Ausgangswellenende aufweisen. Die E-Maschine ist über eine erste Ausgangswellenende mit dem Kältemittelverdichter verbindbar und über eine zweite Ausgangswelle mit dem Verbrennungsmotor verbindbar. Durch Vorsehen je eines Ausgangswellende beidseits der E-Maschine kann eine Wirkungsgradverbesserung des Gesamtsystems erzeugt werden, da bei laufendem Verbrennungsmotor der Kältemittelverdichter direkt mechanisch angetrieben werden kann und somit Verluste, die durch elektrische Umwandlung entstehen, eliminiert werden.
Darüber hinaus kann in dem Hybridfahrzeug neben dem Verbrennungsmotor als erstes Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs ein zweites Antriebsaggregat, insbesondere ein Elektromotor, vorgesehen sein. Der Vortrieb des Kraftfahrzeugs wird dann wahlweise über den Verbrennungsmotor, den Elektromotor oder über beide gleichzeitig gewährleistet. Darüber hinaus kann die Fortbewegung des Fahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor, dem Elektromotor und/oder der E-Maschine erzeugbar sein.
Weiterhin kann die E-Maschine und der Kältemittelverdichter als integrale Baueinheit bzw. als ein gemeinsames Modul ausgebildet sein. Dadurch kann vorteilhafterweise eine kompakte Einheit, die unwesentlich größer ist als ein Hochvolt-Kältemittelverdichter, kreiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figur und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
Es zeigt in schematischer Darstellung

1 ein Prinzipschaltbild für eine Anordnung mit einem Verbrennungsmotor und einem Kältemittelverdichter als Nebenaggregat in einem Kraftfahrzeug.

In 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 beispielhaft als Reihenvierzylindermotor abgebildet. An dem in 1 linksseitigen Ende der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 ist eine erste Riemenscheibe 11 angeordnet. Die Riemenscheibe 11 kann alternativ auch über ein Getriebe bzw. ein Über- oder Untersetzungsverhältnis mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden sein. Die erste Riemenscheibe 11 ist Teil eines Umschlingungsgetriebes, das darüber hinaus einen Riemen 12 und eine zweite Riemenscheibe 13 umfasst. Durch dieses Umschlingungsgetriebe ist eine Kraftübertragung von der ersten Riemenscheibe 11 zu der zweiten Riemenscheibe 13 und umgekehrt gewährleistet.
Die zweite Riemenscheibe 13 steht über eine Kupplung 14 mit einem Getriebe 15 in Verbindung. Die Kupplung 14 kann beispielsweise als Trennkupplung (Magnetkupplung) ausgeführt sein, wie sie bereits bei Klimakompressoren bekannt ist. Mit der Kupplung 14 kann die mechanische Verbindung der zweiten Riemenscheibe 13 zu dem Getriebe 15 zu- und abgeschaltet werden. Das Getriebe 15 ist weiterhin mit einem zweiten Ausgangswellenende 16b einer E-Maschine 16 verbunden. Die E-Maschine 16 steht über ein erstes Ausgangswellenende 16a, mit dem Kältemittelverdichter 17 des Hybridfahrzeugs in Verbindung.
Der Kältemittelverdichter 17 ist Teil des Klimaanlagenkreislaufs bzw. des Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage. Zu- und Ableitung der Kältemittelleitung sind in 1 schematisch dargestellt.
In einer weiteren, nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auf das Getriebe 15 verzichtet werden. In diesem Fall ist das zweite Ausgangswellenende 16b, der Hochvolt-E-Maschine 16 direkt mit der Kupplung 14 verbunden.
Erfindungsgemäß kann dadurch der Hochvolt-Elektromotor 16 in mehreren Betriebszuständen betrieben werden. In einem ersten Betriebszustand dient er als Zustarteinheit für den Verbrennungsmotor 10. D.h. wenn der Verbrennungsmotor 10 eingeschaltet werden soll, wird die Kupplung 14 geschlossen. Durch Bestromen des Elektromotors 16 wird über das Ausgangswellenende 16b ein Drehmoment über das optionale Getriebe 15 und die Kupplung 14 auf die zweite Riemenscheibe 13 übertragen. Dieses Drehmoment überträgt sich über den Riemen 12 auf die erste Riemenscheibe 11. Der Verbrennungsmotor 10 wird damit gestartet.
In einem zweiten Betriebszustand wird der Elektromotor 16 so bestromt, dass er über das erste Ausgangswellenende 16a den Kältemittelverdichter 17 antreibt. Dadurch kann unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 der Klimakompressor 17 angetrieben werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Verbrennungsmotor 10 steht und die Klimaanlage, d.h. der Kältemittelverdichter 17, trotzdem betrieben werden muss. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das Fahrzeug steht und trotzdem der Fahrgastraum trotzdem temperiert werden soll, sogenannte Standklimatisierung. Der erste Betriebszustand kann dem zweiten auch zeitgleich überlagert werden, wenn der Verbrennungsmotor 10 des Fahrzeugs gestartet werden soll, ohne dass der Antrieb des Kältemittelverdichters 17 unterbrochen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wie in 1 dargestellt, das erste Ausgangswellenende 16a mit dem zweiten Ausgangswellenende 16b verbunden. In diesem Fall weist der Elektromotor 16 eine durchgehende Welle auf, die beidseitig aus dem Gehäuse der E-Maschine 16 hinaustritt. Damit kann auf besonders einfache Weise beidseitig des Elektromotors 16 zum einen das Getriebe 15 und zum anderen der Kältemittelverdichter 17 angeschlossen werden.
In einem weiteren, dritten Betriebszustand kann die E-Maschine 16 als Generator betrieben werden. Dabei wird bei laufendem Verbrennungsmotor 10 die Kupplung 14 geschlossen gehalten. Über die zweite Abtriebseinrichtung 16b wird die E-Maschine 16 angetrieben und erzeugt dadurch elektrische Energie. Diese Energie kann in einem Zwischenspeicher, beispielsweise einem Kondensator, einem Hochvoltspeicher oder einer Batterie gespeichert werden. Durch die mechanische Kopplung des Kältemittelverdichters 17, kann dieser dabei gleichzeitig mechanisch angetrieben werden. Falls eine Klimatisierung der Fahrgastzelle jedoch nicht erwünscht ist, kann eine weitere, nicht dargestellte Kupplung zwischen der E-Maschine 16 und dem Kältemittelverdichter 17 angeordnet sein. Diese wird dann in eine entkoppelte Position überführt, um zu vermeiden, dass hierbei permanent der Kältemittelverdichter 17 mit angetrieben wird. Alternativ dazu kann auf die zweite Kupplung verzichtet werden und der Kältemittelverdichter in einen nullförderungszustand überführt werden. In diesem Zustand läuft der Kältemittelverdichter 17 mit, nimmt jedoch keine Leistung auf.

Claims

Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit: - einem Verbrennungsmotor (10), zum Antreiben des Fahrzeugs, - einem Kältemittelverdichter (17) und - einer E-Maschine (16), die in einem ersten Betriebszustand als Zustarteinrichtung für den Verbrennungsmotor (10) fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine (16) zu dem Verbrennungsmotor erfolgt und/oder in einem zweiten Betriebszustand als Antriebseinrichtung für den Kältemittelverdichter (17) fungiert, wobei ein Kraftfluss von der E-Maschine zu dem Kältemittelverdichter (17) erfolgt, wobei die E-Maschine (16) ein Hochvolt Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschine (16) beidseitig je einen Wellenausgang (16a, 16b) aufweist und über einen ersten Wellenausgang (16a) mit dem Kältemittelverdichter (17) verbindbar ist und über einen zweiten Wellenausgang (16b) mit dem Verbrennungsmotor (10) verbindbar ist, wobei der Verbrennungsmotor (10) mit der E-Maschine (16) über ein Umschlingungsgetriebe, verbindbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschine (16) in einem dritten Betriebszustand als Hochvolt-Generator betreibbar ist, wobei ein Kraftfluss von dem Verbrennungsmotor (10) zu der E-Maschine (16) erfolgt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der E-Maschine (16) mit dem Verbrennungsmotor (10) über eine Kupplung (14) schaltbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kupplung (14) und der E-Maschine (16) ein Getriebe (15), insbesondere ein Planetenradgetriebe vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschine (16) und der Kältemittelverdichter (17) als integrale Baueinheit ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Verbrennungsmotor (10) als erstes Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs ein zweites Antriebsaggregat, insbesondere ein Elektromotor vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fortbewegung des Fahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor (10), dem Elektromotor und/oder der E-Maschine (16) erzeugbar ist.