DE102012221122A1 - Hydraulic hybrid powertrain and method of operating a hydraulic hybrid powertrain - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Hydraulikhybridantriebsstrang (1) mit einer verbrennungsmotorischen (10) und einer hydraulischen (20) Antriebseinrichtung, und mit einem elektrischen Starter/Generator (50) für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung (10). Um den Betrieb eines Hydraulikhybridantriebsstrangs zu optimieren, ist der elektrische Starter/Generator (50) für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung (10) der hydraulischen Antriebseinrichtung (20) zugeordnet.The invention relates to a hydraulic hybrid drive train (1) with an internal combustion engine (10) and a hydraulic (20) drive device, and with an electric starter / generator (50) for the internal combustion engine drive device (10). In order to optimize the operation of a hydraulic hybrid drive train, the electric starter / generator (50) for the internal combustion engine drive device (10) is assigned to the hydraulic drive device (20).
Description
Die Erfindung betrifft einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer verbrennungsmotorischen und einer hydraulischen Antriebseinrichtung, und mit einem elektrischen Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hydraulikhybridantriebsstrangs. The invention relates to a hydraulic hybrid powertrain having an internal combustion engine and a hydraulic drive device, and to an electric starter / generator for the internal combustion engine drive device. The invention further relates to a method of operating such a hydraulic hybrid powertrain.
Stand der TechnikState of the art
Der elektrische Starter/Generator wird zum Beispiel aus einer fahrzeuginternen elektrischen Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie, mit elektrischer Energie versorgt. Mit der elektrischen Energie kann durch den elektrischen Starter/Generator ein zum Starten der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung benötigtes Drehmoment bereitgestellt werden. Der Starter/Generator dient darüber hinaus zur Versorgung eines elektrischen Bordnetzes und/oder weiterer elektrischer Verbraucher. The electric starter / generator is powered, for example, from an in-vehicle electrical energy storage device, such as a battery, with electrical energy. With the electrical energy, a torque required to start the internal combustion engine drive means may be provided by the electric starter / generator. The starter / generator also serves to supply an electrical system and / or other electrical consumers.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines Hydraulikhybridantriebsstrangs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu optimieren. The object of the invention is to optimize the operation of a Hydraulikhybridantriebsstrangs according to the preamble of claim 1.
Die Aufgabe ist bei einem Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer verbrennungsmotorischen und einer hydraulischen Antriebseinrichtung, und mit einem elektrischen Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung, dadurch gelöst, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung der hydraulischen Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Der elektrische Starter/Generator kann direkt an der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung angebracht sein. Allerdings liefert das den Nachteil, dass die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung angeschaltet werden muss, wenn eine fahrzeuginterne elektrische Energiespeichereinrichtung über den vorzugsweise als Generator ausgeführten elektrischen Starter aufgeladen werden muss, weil ihr Ladezustand niedrig ist. Die erfindungsgemäße Zuordnung des elektrischen Starters, der vorzugsweise als elektrischer Generator ausgeführt ist, liefert den Vorteil, dass die elektrische Energiespeichereinrichtung über die hydraulische Antriebseinrichtung und den elektrischen Starter aufgeladen werden kann. Darüber hinaus wird, zum Beispiel im Schubbetrieb des Hydraulikhybridantriebsstrangs, ein Rekuperationsbetrieb ermöglicht, in welchem Bremsenergie des Hydraulikhybridantriebsstrangs über den als Generator ausgeführten elektrischen Starter in der elektrischen Energiespeichereinrichtung gespeichert werden kann. Im Rekuperationsbetrieb können vorteilhaft sowohl ein hydraulischer Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung als auch die fahrzeuginterne elektrische Energiespeichereinrichtung aufgeladen werden. Durch das zusätzliche Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung über den elektrischen Starter/Generator kann die hydraulische Antriebseinrichtung, insbesondere ein zweiter Hydrostat der hydraulischen Antriebseinrichtung, in wirkungsgradgünstigeren Betriebspunkten betrieben werden. Die erfindungsgemäße Zuordnung des elektrischen Starters/Generator liefert darüber hinaus den Vorteil, dass die fahrzeuginterne elektrische Energiespeichereinrichtung, die auch als elektrische Batterie bezeichnet wird, aus einem hydraulischen Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung geladen werden kann. Das bedeutet, dass die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung erst dann zum Laden der elektrischen Energiespeichereinrichtung benötigt wird, wenn der Hydraulikhybridantriebsstrang beziehungsweise ein damit ausgestattetes Hybridfahrzeug steht und der hydraulische Druckspeicher leer ist. Das wirkt sich positiv im Kraftstoffverbrauch der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung aus.The object is achieved in a hydraulic hybrid powertrain with an internal combustion engine and a hydraulic drive device, and with an electric starter / generator for the internal combustion engine drive device, characterized in that the electric starter / generator for the internal combustion engine drive means of the hydraulic drive device is associated. The electric starter / generator may be mounted directly on the internal combustion engine drive device. However, this provides the disadvantage that the internal combustion engine drive device must be turned on when an in-vehicle electrical energy storage device must be charged via the preferably designed as a generator electric starter, because their state of charge is low. The inventive assignment of the electric starter, which is preferably designed as an electric generator, provides the advantage that the electrical energy storage device can be charged via the hydraulic drive device and the electric starter. In addition, for example, in the coasting operation of the hydraulic hybrid powertrain, a recuperation operation is enabled in which brake energy of the hydraulic hybrid powertrain can be stored in the electric energy storage device via the electric starter configured as a generator. In recuperation operation, both a hydraulic pressure accumulator of the hydraulic drive device and the vehicle-internal electrical energy storage device can advantageously be charged. By the additional charging of the electrical energy storage device via the electric starter / generator, the hydraulic drive device, in particular a second hydrostatic drive of the hydraulic drive device, can be operated at low-efficiency operating points. The inventive assignment of the electric starter / generator also provides the advantage that the vehicle-internal electrical energy storage device, which is also referred to as an electric battery, can be loaded from a hydraulic pressure accumulator of the hydraulic drive device. This means that the internal combustion engine drive device is only required for charging the electrical energy storage device when the hydraulic hybrid drive train or a hybrid vehicle equipped therewith is stationary and the hydraulic pressure accumulator is empty. This has a positive effect on the fuel consumption of the internal combustion engine drive device.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung mechanisch mit der hydraulischen Antriebseinrichtung gekoppelt ist. Der elektrische Starter/Generator ist mechanisch vorzugsweise mit einer Welle einer hydraulischen Maschine der hydraulischen Antriebseinrichtung verbunden. Durch die mechanische Kopplung, die zum Beispiel als drehfeste Verbindung oder als Übersetzungsstufe ausgeführt ist, kann sowohl ein Drehmoment von der hydraulischen Antriebseinrichtung auf den elektrischen Starter/Generator als auch von dem elektrischen Starter/Generator auf die hydraulische Antriebseinrichtung übertragen werden. Der elektrische Starter/Generator ist mechanisch vorzugsweise mit der hydraulischen Antriebseinrichtung verbunden. Die Kopplung mit der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung erfolgt über den hydraulischen Antriebsstrang. Durch die erfindungsgemäße Zuordnung des elektrischen Starters/Generators wird darüber hinaus ermöglicht, einen hydraulischen Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung über den elektrischen Starter/Generator mit Hilfe von elektrischer Energie aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung aufzuladen. A preferred embodiment of the hydraulic hybrid powertrain is characterized in that the electric starter / generator for the internal combustion engine drive means is mechanically coupled to the hydraulic drive means. The electric starter / generator is mechanically preferably connected to a shaft of a hydraulic machine of the hydraulic drive device. By the mechanical coupling, which is designed for example as a rotationally fixed connection or as a translation stage, both a torque from the hydraulic drive means to the electric starter / generator and from the electric starter / generator can be transmitted to the hydraulic drive means. The electric starter / generator is mechanically preferably connected to the hydraulic drive device. The coupling with the internal combustion engine drive means via the hydraulic drive train. The inventive assignment of the electric starter / generator is also made possible to charge a hydraulic pressure accumulator of the hydraulic drive means via the electric starter / generator by means of electrical energy from the electric energy storage device.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung hydraulisch mit der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung und/oder einer angetriebenen Achse mechanisch koppelbar ist. Die mechanische Kopplung mit der angetriebenen Achse ermöglicht die vorab beschriebene Zurückgewinnung von Bremsenergie im Rekuperationsbetrieb. Another preferred embodiment of the hydraulic hybrid power train is characterized in that the electric starter / generator for the internal combustion engine drive means is hydraulically coupled to the internal combustion engine drive means and / or a driven axle. The mechanical coupling with the driven axle enables the previously described recovery of braking energy in the recuperation mode.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung zwischen die hydraulische Antriebseinrichtung und eine Kupplung geschaltet ist, über welche die hydraulische Antriebseinrichtung mit der angetriebenen Achse koppelbar ist. Die Kupplung ist vorzugsweise als Trennkupplung ausgeführt. Wenn die Kupplung geschlossen ist, dann ist die hydraulische Antriebseinrichtung drehfest mit der angetriebenen Achse verbunden. Bei geöffneter Kupplung ist die drehfeste Verbindung zur angetriebenen Achse unterbrochen. Another preferred exemplary embodiment of the hydraulic hybrid drive train is characterized in that the electric starter / generator for the internal combustion engine drive device is connected between the hydraulic drive device and a clutch via which the hydraulic drive device can be coupled to the driven axle. The coupling is preferably designed as a separating clutch. When the clutch is closed, then the hydraulic drive means is non-rotatably connected to the driven axle. When the clutch is open, the non-rotatable connection to the driven axle is interrupted.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebeeinrichtung zwischen die Kupplung und die angetriebene Achse geschaltet ist. Bei der Getriebeeinrichtung handelt es sich zum Beispiel um eine Übersetzungsstufe. Another preferred embodiment of the hydraulic hybrid powertrain is characterized in that a transmission device is connected between the clutch and the driven axle. The transmission device is, for example, a transmission stage.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung über ein Getriebe mit der hydraulischen Antriebseinrichtung und der angetriebenen Achse beziehungsweise der Getriebeeinrichtung gekoppelt ist. Das Getriebe ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführt. Eine weitere Kupplung kann vorteilhaft in das Planetengetriebe integriert sein. Another preferred exemplary embodiment of the hydraulic hybrid drive train is characterized in that the internal combustion engine drive device is coupled to the hydraulic drive device and the driven axle or the transmission device via a transmission. The transmission is preferably designed as a planetary gear. Another coupling can be advantageously integrated in the planetary gear.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Kupplung zwischen das Getriebe und die angetriebene Achse beziehungsweise die Getriebeeinrichtung geschaltet ist. Die weitere Kupplung ist vorzugsweise ebenfalls als Trennkupplung ausgeführt. Über die weitere Kupplung kann die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung mechanisch von der angetriebenen Achse entkoppelt werden. Another preferred exemplary embodiment of the hydraulic hybrid drive train is characterized in that a further clutch is connected between the transmission and the driven axle or the transmission device. The further clutch is preferably also designed as a disconnect clutch. About the further clutch, the internal combustion engine drive means can be mechanically decoupled from the driven axle.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinrichtung zwei Hydrostaten umfasst. Als Hydrostat werden hydraulische Maschinen bezeichnet, die sowohl als hydraulischer Motor als auch als hydraulische Pumpe funktionieren. Bei den hydraulischen Maschinen handelt es sich zum Beispiel um Axialkolbenmaschinen. A further preferred embodiment of the hydraulic hybrid drive train is characterized in that the hydraulic drive device comprises two hydrostats. Hydrostatic refers to hydraulic machines that function both as a hydraulic motor and as a hydraulic pump. The hydraulic machines are, for example, axial piston machines.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung einem zweiten Hydrostaten zugeordnet ist, der wiederum der angetriebenen Achse zugeordnet ist. Ein erster Hydrostat ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung des Getriebes, der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung zugeordnet. Dabei wirkt der erste Hydrostat zum Beispiel als hydraulische Pumpe, über die ein beziehungsweise der hydraulische Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung aufgeladen werden kann. Der zweite Hydrostat wirkt dann als hydraulischer Motor, über den die angetriebene Achse mit hydraulischer Energie aus dem hydraulischen Druckspeicher oder hydraulischen Energiespeicher angetrieben werden kann. Another preferred embodiment of the hydraulic hybrid powertrain is characterized in that the electric starter / generator for the internal combustion engine drive means is associated with a second hydrostatic unit, which in turn is associated with the driven axle. A first hydrostat is associated, preferably with the interposition of the transmission, the internal combustion engine drive means. In this case, the first hydrostat acts, for example, as a hydraulic pump, via which one or the hydraulic accumulator of the hydraulic drive device can be charged. The second Hydrostat then acts as a hydraulic motor, via which the driven axle can be driven with hydraulic energy from the hydraulic pressure accumulator or hydraulic energy storage.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hydraulikhybridantriebsstrangs. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zum Beispiel einen Rekuperationsbetrieb, in welchem sowohl eine elektrische Energiespeichereinrichtung, wie eine elektrische Batterie, als auch ein hydraulischer Energiespeicher beziehungsweise Druckspeicher im Schubbetrieb des Hydraulikhybridantriebsstrangs aufgeladen werden kann. Durch das Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung kann insbesondere ein beziehungsweise der zweite Hydrostat, welcher der angetriebenen Achse zugeordnet ist, in wirkungsgradgünstigeren Betriebspunkten betrieben werden. Darüber hinaus kann die elektrische Energiespeichereinrichtung aus dem hydraulischen Energiespeicher beziehungsweise Druckspeicher geladen werden, und umgekehrt. Die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung wird zum Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung vorteilhaft erst dann benötigt, wenn ein mit dem Hydraulikhybridantriebsstrang ausgestattetes Hydraulikhybridfahrzeug steht und der hydraulische Energiespeicher beziehungsweise Druckspeicher leer ist. Daraus ergeben sich Vorteile im Kraftstoffverbrauch der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung. The invention further relates to a method of operating a hydraulic hybrid powertrain as described above. The inventive method allows, for example, a recuperation, in which both an electrical energy storage device, such as an electric battery, and a hydraulic energy storage or accumulator can be charged in overrun operation of the hydraulic hybrid powertrain. By charging the electrical energy storage device, in particular one or the second hydrostat, which is assigned to the driven axle, can be operated in operating-efficiency-favorable operating points. In addition, the electrical energy storage device can be charged from the hydraulic energy storage or accumulator, and vice versa. The internal combustion engine drive device is advantageously required for charging the electrical energy storage device only when a hydraulic hybrid vehicle equipped with the hydraulic hybrid drive train is in standstill and the hydraulic energy store or accumulator is empty. This results in advantages in the fuel consumption of the internal combustion engine drive device.
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. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, an embodiment is described in detail.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
In der einzigen beiliegenden Figur ist ein erfindungsgemäßer Hydraulikhybridantriebsstrang vereinfacht dargestellt. In the single accompanying figure, a hydraulic hybrid power train according to the invention is shown in simplified form.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In der beiliegenden Figur ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang
Der Hydraulikhybridantriebsstrang
Die beiden Hydrostaten
Die hydraulische Antriebseinrichtung
Durch einfache Linien zwischen der Ventileinrichtung
Ein Getriebe
Das Getriebe
Durch einen weiteren Doppelstrich ist eine mechanische Kopplung
Eine weitere Kupplung
Der erste Hydrostat
Der zweite Hydrostat
Im Schubbetrieb des Hydraulikhybridantriebsstrangs
Der elektrische Starter/Generator
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