DE102013205239A1

DE102013205239A1 - Fahrzeugantrieb mit einer eine Verlustwärme nutzenden Expansionsmaschine und Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugantriebs

Info

Publication number: DE102013205239A1
Application number: DE102013205239.1A
Authority: DE
Inventors: Raffael Kuberczyk; Bastian Volpert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugantrieb mit einem Antriebsstrang (1), der einen Verbrennungsmotor (2) und eine Expansionsmaschine (15) aufweist, bei dem die Expansionsmaschine (15) in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, in dem ein Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors (2) anfallende Verlustwärme verdampft wird und in der Expansionsmaschine (15) mechanische Arbeit verrichtet, die als zusätzliche Leistung in den Antriebsstrang (1) einspeisbar ist, und bei dem eine Getriebeanordnung (18) zur Übersetzung zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) und der Drehzahl der angetriebenen Fahrzeugräder angeordnet ist. Um die Expansionsmaschine (15) möglichst effizient zu nutzen, ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Komponenten der Getriebeanordnung (18) und/oder ein Steuerungsprogramm zum Betreiben des Antriebsstrangs (1) derart an die zusätzlich durch die Expansionsmaschine (15) bereitgestellte Antriebsleistung angepasst sind, dass die Fahrleistung (P) des Fahrzeugs im Vergleich zu einem Ausgangszustand ohne Expansionsmaschine (15) zumindest weitgehend unverändert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugantrieb mit einer eine Verlustwärme nutzenden Expansionsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebs mit einer Expansionsmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Die Verlustwärme von wärmeerzeugenden Aggregaten, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor in einem Fahrzeugantriebsstrang, kann als eine zusätzliche Leistungsquelle für einen Antrieb genutzt werden. Eine diesem Zweck dienende Expansionsmaschine oder Waste-Heat-Recovery-System (WHR-System) zur Wärmerekuperation kann nach dem physikalischen Prinzip des Clausius-Rankine-Prozesses bzw. des Organic-Rankine-Prozesses betrieben werden. Diese Prozesse beschreiben jeweils einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf, bei denen entweder Wasser oder ein anderes Arbeitsmedium mit einer von der Verdampfungswärme von Wasser abweichenden Verdampfungswärme zyklisch verdampft und kondensiert wird.
In einem Dampfkreislauf einer solchen Expansionsmaschine für ein Fahrzeug wird demnach mittels einer Speisepumpe eine adiabatische Druckerhöhung des noch flüssigen Arbeitsmediums erzeugt und das unter Druck stehende Arbeitsmedium anschließend in einen Verdampfer gefördert, wo es mittels eines Wärmetauschers, der mit einer Wärmequelle in Verbindung steht, durch Wärmezufuhr isobar verdampft wird. Dabei wird das Arbeitsmedium zunächst erhitzt, bis dessen Verdampfungstemperatur erreicht ist. Anschließend verdampft das Arbeitsmedium isotherm bei stetig steigendem Dampfanteil. Um einen möglichst trockenen Dampf für die nachfolgende Expansion in einer Expansionsmaschine, beispielsweise einer Turbine, zu erhalten, erfolgt durch weitere Wärmezufuhr eine Überhitzung des Dampfes. Der überhitzte Dampf wird danach in der Expansionsmaschine adiabatisch entspannt, wobei mechanische Arbeit verrichtet wird, die zum Antrieb einer Welle genutzt werden kann. Das expandierte Arbeitsmedium wird nachfolgend in einem Kondensator, der mit einem Kühlsystem des Fahrzeugs verbunden ist, isobar verflüssigt, bevor es über einen Sammelbehälter erneut der Speisepumpe zugeführt wird.
Eine derartige Expansionsmaschine kann an verschiedenen Stellen in einen Antriebsstrang integriert werden. Die durch eine solche Expansionsmaschine erzeugte mechanische Zusatzleistung kann beispielsweise direkt an eine Antriebswelle oder an einen Zugmitteltrieb einer Antriebsmaschine übertragen werden, oder an den Eingang, Ausgang oder innerhalb eines Fahrzeuggetriebes in den Antriebsstrang eingeleitet werden. Durch den Betrag und die Art der Einkopplung der zusätzlich in den Antriebsstrang eingebrachten Antriebsleistung wird die Fahrleistung des Fahrzeugs, d h. die je nach Übersetzung zwischen der Drehzahl des Antriebsmotors und der Drehzahl der Fahrzeugräder erzielbare Fahrgeschwindigkeit, mittelbar oder unmittelbar beeinflusst. Ein einfaches Einleiten der von der Expansionsmaschine bereitgestellten Zusatzleistung in den Antriebstrang ist jedoch nicht unbedingt effizient. Insbesondere in hybriden Antriebssträngen, in denen eine Elektromaschine bereits eine Zusatzleistung zur Verfügung stellt, wird eine Fahrleistungserhöhung durch eine Expansionsmaschine häufig nur teilweise nutzbar sein.
Aus der DE 10 2009 028 153 A1 ist eine Antriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor und einer im Betrieb der Antriebseinrichtung anfallende Verlustwärme nutzende Expansionsmaschine bekannt, die in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die Expansionsmaschine Teil eines geschlossenen Dampfkreislaufs ist, in dem ein Arbeitsmedium durch die Verlustwärme verdampft wird. Die Expansionsmaschine ist mit einem an- oder abtriebsseitigen, im Fahrzeugbetrieb drehenden Element einer dem Verbrennungsmotor nachgeordneten Getriebeanordnung oder mit einer Ein- oder Ausgangsseite eines Anfahrelements oder mit einer Nebenabtriebswelle eines Nebenabtriebs schaltbar koppelbar oder permanent verbunden.
Aus der DE 10 2006 036 122 A1 ist ein Antrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem ein Arbeitsmedium die Abwärme eines Verbrennungsmotors abführt und in einer Expansionsmaschine entspannt wird. Die von der Expansionsmaschine bereitgestellte Leistung wird direkt der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zugeführt. Die DE 10 2007 022 735 A1 offenbart einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor, einer Elektromaschine sowie einer Expansionsmaschine, wobei ein Arbeitsmedium in einem Verdampfer durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors verdampft wird und in der Expansionsmaschine mechanische Arbeit verrichtet. Die Expansionsmaschine treibt einen elektrischen Generator an. Die dadurch erzeugte elektrische Energie wird der Elektromaschine des Hybridantriebs über einen Energiespeicher zugeführt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer Expansionsmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugantriebs anzugeben, bei denen die Expansionsmaschine möglichst effizient genutzt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch den Einbau einer Expansionsmaschine in einen Antriebsstrang, die einen Teil der Abwärme eines Verbrennungsmotors in mechanische Leistung umwandeln kann, eine höhere Performance bzw. ein höherer Fahrleistungsüberschuss gegenüber dem Fahrwiderstand bei unverändertem Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann. Durch eine geeignete Anpassung des Antriebsstrangs und dessen Steuerung kann die Leistungszunahme jedoch auch verwendet werden, um bei unveränderter Performance des Fahrzeugs den Verbrennungsmotor verbrauchsgünstiger zu betreiben. Dies soll sowohl in konventionellen als auch in hybridisierten Antriebssträngen angewandt werden, um eine effizientere Nutzung der rekuperierten mechanischen Leistung einer Expansionsmaschine zu ermöglichen.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Fahrzeugantrieb mit einem Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor und eine Expansionsmaschine aufweist, bei dem die Expansionsmaschine in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, in dem ein Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors anfallende Verlustwärme verdampft wird und in der Expansionsmaschine mechanische Arbeit verrichtet, die als zusätzliche Leistung in den Antriebsstrang einspeisbar ist, und bei dem eine Getriebeanordnung zur Übersetzung zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drehzahl der angetriebenen Fahrzeugräder angeordnet ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung zudem vor, dass eine oder mehrere Komponenten der Getriebeanordnung und/oder ein Steuerungsprogramm zum Betreiben des Antriebsstrangs derart an die zusätzlich durch die Expansionsmaschine bereitgestellte Antriebsleistung angepasst sind, dass die Fahrleistung des Fahrzeugs im Vergleich zu einem Ausgangszustand ohne Expansionsmaschine zumindest weitgehend unverändert ist.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebs mit einem Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor und eine Expansionsmaschine aufweist, bei dem die Expansionsmaschine in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, in dem ein Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors anfallende Verlustwärme verdampft wird und in der Expansionsmaschine mechanische Arbeit verrichtet, die als zusätzliche Leistung in den Antriebsstrang eingespeist wird, und bei dem eine Getriebeanordnung zur Übersetzung zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drehzahl der angetriebenen Fahrzeugräder angeordnet ist, Zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die durch die Expansionsmaschine zusätzlich in den Antriebstrang eingespeiste Antriebsleistung durch ein leistungs- und/oder übersetzungswirksames Ansteuern von Aggregaten des Antriebsstrangs derart kompensiert wird, dass die Fahrleistung des Fahrzeugs im Vergleich zu einem Ausgangszustand ohne Expansionsmaschine zumindest weitgehend unverändert bleibt.
Unter der Fahrleistung eines Fahrzeugs wird ein in einem Kennfeld vorgegebener Zusammenhang zwischen einer Antriebsleistung und einer erzielbaren Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Übersetzung zwischen einer Antriebsdrehzahl und einer Drehzahl der angetrieben Fahrzeugräder verstanden. Die maximale Fahrleistung eines Fahrzeugs ist durch einen sogenannten Auslegungspunkt bei einer Getriebeauslegung definiert. Der Auslegungspunkt bestimmt die bei der kleinsten Übersetzung bei maximaler Antriebsleistung erreichbare maximale Fahrgeschwindigkeit. Die Fahrleistung ist somit eine maßgebende Auslegungsgröße eines Antriebsstrangs, die das Leistungspotenzial des Antriebs bestimmt.
Unter dem Begriff Performance wird ein Fahrleistungsüberschuss des Fahrzeugs gegenüber einer Fahrwiderstandskurve verstanden. Die Performance drückt sich beispielsweise in einem Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs aus. Die Fahrwiderstandskurve begrenzt die erreichbare Höchstgeschwindigkeit im Fahrbetrieb.
Ziel der Erfindung ist es, die Antriebsleistung, welche durch eine Expansionsmaschine in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingekoppelt wird, effizient sowohl bei einem konventionellen Antriebsstrang als auch bei einem hybriden Antriebsstrang zu nutzen. Dazu sind Mittel vorgesehen, welche die zusätzliche Antriebsleistung durch die Expansionsmaschine fahrleistungsneutral in eine Verbrauchsreduzierung des Verbrennungsmotors umsetzten.
Die durch die Expansionsmaschine bereitgestellte mechanische Leistung kann beispielsweise direkt an der Kurbelwelle, an einem Zugmitteltrieb oder an dem Steuertrieb des Verbrennungsmotors, an einem Getriebeabtrieb oder direkt an einem drehbaren Bauteil des Getriebes in den Antriebsstrang eingekoppelt werden. Ohne weitere Maßnahmen würden sich dadurch die Fahrleistung und die Performance des Fahrzeugs erhöhen. Gemäß der Erfindung wird dieses Leistungserhöhungspotenzial jedoch dazu genutzt, um eine Antriebsstrangauslegung und/oder eine Schaltstrategie eines Getriebes des Fahrzeugs zu beeinflussen, also einen vorhandenen Antriebsstrang und dessen Steuerung so zu ändern, dass der Verbrennungsmotor verbrauchsgünstiger betrieben wird.
Ein effizienter Nutzen der eingekoppelten Antriebsleistung der Expansionsmaschine entsteht insbesondere dadurch, dass eine Anpassung einer oder mehrerer permanenter oder schaltbarer, dem Fahrzeugwechselgetriebe nachgeordneter Endübersetzungen vorgenommen wird und/oder dadurch, dass ein Schaltprogramm eines Getriebes mit mehreren schaltbaren Gangstufen in Richtung einer Drehzahlabsenkung des Verbrennungsmotors an die zusätzliche Leistung angepasst wird. Dadurch wird im Mittel eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors bewirkt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt somit darin, dass eine signifikante Verbrauchsreduzierung ohne Verringerung der Fahrleistung und bei unveränderter Performance des Fahrzeugs erreicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Getriebeanordnung einen Hinterachsantrieb aufweist, bei dem eine Hinterachsübersetzung gegenüber einem vergleichbaren Antriebsstrang ohne Expansionsmaschine verkleinert ist, so dass eine bestimmte Fahrleistung bei einer niedrigeren Motordrehzahl erreicht wird, wobei eine Leistungsverringerung des Verbrennungsmotors durch die mittels der Expansionsmaschine rekuperierte Leistung wenigstens annähernd kompensierbar ist.
Durch die Wahl einer bevorzugten Endübersetzung, insbesondere einer Hinterachsübersetzung, können Fahreigenschaften wie die Steigfähigkeit eines Fahrzeugs und der Kraftstoffverbrauch auf den jeweiligen Fahrzeugtyp und dessen Verwendungsart abgestimmt werden. Durch eine gegenüber einer Normalauslegung kleinere Achsübersetzung wird bei gleicher Fahrgeschwindigkeit die Motordrehzahl verringert, was sich Kraftstoff sparend und Abgasemissionen reduzierend auswirkt.
Obwohl an sich gleichzeitig die Performance, also der Fahrleistungsüberschuss gegenüber dem Fahrwiderstand bei einer kleineren Achsübersetzung verringert würde, kann diese nun auf dem gleichen Niveau gehalten werden, indem die Leistungs- bzw. Drehzahlabnahme des Verbrennungsmotors durch die zusätzliche mechanische Leistung aus der Expansionsmaschine kompensiert wird.
Da die Motorlast bzw. der Lastpunkt des Verbrennungsmotors sinkt, kann dieser zwar in seinem Verbrauchskennfeld in einen ungünstigeren Betriebspunkt gelangen. In einem Verbrauchskennfeld sind in einem normierten Drehmoment-Drehzahl-Diagramm die Linien gleichen spezifischen Verbrauchs, also des Verbrauchs pro Zeiteinheit, bezogen auf die vom Verbrennungsmotor abgegebene mechanische Leistung aufgetragen. Weil der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors bei Volllast am größten ist, steigt der spezifische Verbrauch mit sinkender Motorlast. Im zeitlichen Integral ergibt sich jedoch aufgrund des geringeren Leistungsbedarfs des Verbrennungsmotors eine Verbrauchsreduzierung, so dass der Verbrauch bei der Auslegung mit kleinerer Achsübersetzung insgesamt sinkt.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Getriebeanordnung mehrere Gangstufen aufweist, denen ein Schaltprogramm in einem Getriebesteuergerät zugeordnet ist. Bei diesem Schaltprogramm sind die Schaltdrehzahlen für Hochschaltungen gegenüber einem Ausgangszustand ohne Expansionsmaschine verringert, so dass die Fahrleistung über ein Durchfahren der Gangstufen in einem Drehzahlband niedrigerer Motordrehzahlen erreicht wird, wobei eine Leistungsverringerung des Verbrennungsmotors in den Gangstufen durch die mittels der Expansionsmaschine rekuperierte Leistung wenigstens annähernd kompensierbar ist.
Eine effiziente Nutzung einer Expansionsmaschine kann demnach nicht nur durch eine konstruktive Änderung der Übersetzung sondern auch durch Steuerungsmaßnahmen für das Schaltgetriebe erreicht werden.
Insbesondere kann ein Schaltprogramm des Fahrzeugs derart angepasst werden, dass Hochschaltungen im Vergleich zu einem Antriebsstrang ohne Expansionsmaschine bei niedrigeren Drehzahlen erfolgen. Die Performance bleibt annähernd gleich, da durch die Expansionsmaschine eine zusätzliche mechanische Leistung zur Erhaltung der Fahrleistung zur Verfügung steht. Dies ermöglicht es, das Getriebe auf einem niedrigeren Drehzahlniveau des Verbrennungsmotors zu schalten, wodurch im Verbrauchskennfeld Betriebspunkte besseren spezifischeren Verbrauchs durchfahren werden. Dementsprechend sinkt der Verbrauch des Antriebs durch eine Anpassung der Schaltstrategie.
Weiterhin kann eine Expansionsmaschine mit der gleichen Maßgabe, nämlich gleiche Performance bei reduziertem Verbrauch, auch in einem Hybridantriebsstrang eingesetzt werden.
Demnach kann bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Antriebsstrang als ein Parallelhybridantriebsstrang ausgebildet ist, der eine als Elektromaschine ausgebildete zweite Antriebsmaschine aufweist, deren elektromotorisch erzeugte Leistung in den Antriebsstrang einspeisbar ist, so dass eine Leistungsverringerung des Verbrennungsmotors aufgrund einer angepassten Hinterachsübersetzung und/oder eines angepassten Schaltprogramms durch die mittels der Expansionsmaschine rekuperierte Leistung und/oder durch die mittels der Elektromaschine verfügbare elektromotorische Leistung wenigstens annähernd kompensierbar ist.
Bei einem Parallelhybridantriebsstrang kann eine Expansionsmaschine beispielsweise an einen Getriebeabtrieb angekoppelt sein. Bei Anwesenheit einer Elektromaschine im Antriebsstrang kann ein Schaltprogramm für ein Schaltgetriebe derart angepasst sein, dass Hochschaltungen bei noch niedrigeren Drehzahlen des Verbrennungsmotors als zuvor erläutert erfolgen können. Dies ist möglich, da durch die Elektromaschine bei einer Lastanforderung bedarfsweise zusätzliche elektromotorische Antriebsleistung in dem Antriebsstrang zugeführt werden kann. Der Verbrennungsmotor kann durch einen solchen Boostbetrieb sowie mittels der Zusatzleistung der Expansionsmaschine im Mittel noch mehr entlastet werden, wodurch eine noch größere Kraftstoffersparnis möglich ist.
Allerdings ist bei der Anpassung eines Schaltprogramms an eine Expansionsmaschine in einem Hybridantriebsstrang zu beachten, ob aktuell ausreichend elektrische Energie zur Versorgung einer Elektromaschine zur Verfügung steht, um den Verbrennungsmotor zumindest temporär noch weiter entlasten zu können. Nur in diesem Fall kann neben der verbrennungsmotorischen Leistung und der rekuperierten Leistung auch noch eine zusätzliche elektromotorische Antriebsleistung in einem angepassten Schaltprogramm bei einem jeweiligen Schaltvorgang eine Berücksichtigung finden.
Dementsprechend kann weiterhin vorgesehen sein, dass im hier betrachteten Fahrzeug Mittel zur Erfassung und Überwachung des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers zur Versorgung der Elektromaschine angeordnet sind, und dass in einem Schaltprogramm für die Getriebeanordnung der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers derart berücksichtigt ist, dass bei einem Unterschreiten eines Ladezustandsschwellwerts in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden verbrennungsmotorischen und durch die Expansionsmaschine bereitgestellten Leistung eine geringere Absenkung der Schaltdrehzahlen bei Hochschaltungen oder keine Absenkung der Schaltdrehzahlen bei Hochschaltungen oder eine Rückschaltung in eine kleinere Gangstufe erfolgen kann.
Demnach werden die Schaltdrehzahlen des Verbrennungsmotors in einem hybridisierten Antriebsstrang mit dem Ziel abgesenkt, die Performance des Fahrzeugs möglichst nicht zu verändern, wobei nötigenfalls eine Rückschaltung vorgenommen werden kann. Die Anpassung des Schaltprogramms hängt dabei von der Auslegung des elektrischen Energiespeichers und der aktuellen Verfügbarkeit der elektromotorischen Zusatzleistung ab. Die Anpassung des Schaltprogramms kann zudem davon abhängig sein, wie die vorgesehene Fahrleistung im Antriebsstrang erzeugt werden soll.
Wenn die Fahrleistung des Hybridantriebs im Normalbetrieb ohne die Elektromaschine und nur mit dem Verbrennungsmotor erzielt wird, wobei die Elektromaschine lediglich für eine Boostfunktion vorgesehen ist, um die Fahrleistung bei einem entsprechenden Bedarf oder Fahrerwunsch über die reguläre Fahrleistung hinaus kurzfristig zu erhöhen, kann mit Hilfe der Leistung aus der Expansionsmaschine und durch Anpassung des Schaltprogramms stets eine Grundabsenkung der Hochschaltdrehzahlen erfolgen.
Befindet sich der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers in einem Bereich mit ausreichender Ladung oberhalb des Ladezustandsschwellwerts und steht die Boostfunktion zur Verfügung, so können die Hochschaltdrehzahlen noch weiter verringert und damit der Verbrauch bei unveränderter Performance noch weiter gesenkt werden.
Wenn die Boostfunktion bei einem Unterschreiten des vorgegebenen Ladezustandsschwellwerts des elektrischen Energiespeichers jedoch nicht oder nur eingeschränkt zur Verfügung steht, ermöglicht die Leistung der Expansionsmaschine bei verbrennungsmotorisch gefahrenen Gangwechseln immer noch eine Absenkung der Hochschaltdrehzahlen, wie bei dem bereits erläuterten Ausführungsbeispiel eines konventionellen Antriebsstrangs mit Expansionsmaschine.
Wenn in einer Antriebstrangsteuerung eines Hybridantriebs allerdings vorgesehen ist, dass die Fahrleistung regulär durch ein resultierendes Drehmoment aus verbrennungsmotorischem Antrieb und elektromotorischem Antrieb erbracht werden soll, die Elektromaschine also stets in die Erzielung der Fahrleistung einbezogen ist, erfolgt zur Sicherstellung der Performance eine Drehzahlabsenkung des Verbrennungsmotors mittels der Expansionsmaschine durch Anpassung des Schaltprogramms nur dann, wenn der Ladezustand des Energiespeichers dafür ausreichend ist.
Bei einem Unterschreiten des Ladezustandsschwellwerts kann dann durch die rekuperierte eingespeiste Antriebsleistung der Expansionsmaschine die Fahrleistung und damit die Performance immer noch wenigstens annähernd erhalten werden, wenn keine Drehzahlabsenkung des Verbrennungsmotors erfolgt. In diesem Fall wird mittels der Expansionsmaschine zwar kein Verbrauchsvorteil erzielt, aber die vom Fahrer gewohnte Performance auch bei einem geringen Batteriestatus sichergestellt.
Wenn in einer Antriebstrangsteuerung eines Hybridantriebs bereits die aus der Expansionsmaschine rekuperierte Leistung, nicht aber eine Zusatzleistung aus der Elektromaschine zur Erzielung der Fahrleistung einbezogen ist, kann eine Zusatzleistung aus der Elektromaschine zur Absenkung der Schaltdrehzahlen genutzt werden, solange der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers ausreichend ist.
Wenn in einer Antriebstrangsteuerung eines Hybridantriebs bereits die aus der Expansionsmaschine rekuperierte Leistung und eine Zusatzleistung aus der Elektromaschine zur Erzielung der Fahrleistung einbezogen sind, kann schließlich vorgesehen sein, dass bei einem Unterschreiten des Ladezustandsschwellwerts des Energiespeichers eine Rückschaltung in eine kleinere Gangstufe erfolgt. Dadurch kann zumindest sichergestellt werden, dass bei einem niedrigen Batteriestatus ebenfalls die übliche Performance erreicht wird, wobei der Kraftstoffverbrauch dann höher sein kann.
Die Anpassung eines Antriebsstrangs an die zusätzliche mechanische Leistung aus einer Expansionsmaschine kann, wie beschrieben, durch eine Anpassung einer Achsübersetzung oder durch eine Anpassung eines Schaltprogramms erfolgen. Grundsätzlich möglich sind auch Kombinationen der beiden Maßnahmen, also eine Änderung der Achsübersetzung und eine Änderung des Schaltprogramms.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 eine schematisierte Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Expansionsmaschine,
2 eine schematisierte Darstellung eines Hybridantriebsstrangs mit einer Expansionsmaschine,
3 ein Fahrleistungsdiagramm eines Antriebsstrangs mit mehreren Fahrleistungskurven von Gangstufen einer Getriebeanordnung, in einem Vergleich zweier möglicher Hinterachsübersetzungen mit und ohne Expansionsmaschine,
4 ein Fahrleistungsdiagramm gemäß 3 jedoch bei fest vorgegebener Hinterachsübersetzung, in einem Vergleich mit und ohne Expansionsmaschine, sowie
5 einen zeitlichen Verlauf eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers in einem Hybridantriebsstrang gemäß 2.
Demnach weist ein Fahrzeugantrieb gemäß 1 einen als Hubkolbenmotor ausgebildeten und einstufig turboaufgeladenen Verbrennungsmotor 2 sowie eine mit diesem in Wirkverbindung stehende Wärmerückgewinnungseinrichtung 3 auf.
An den Verbrennungsmotor 2 sind ein Abgasturbolader, aufweisend einen Luft ansaugenden Verdichter 4, eine Turbine 5 und ein Bypassventil 6 zur Ladedruckregelung, ein Ladeluftkühler 7 mit einem Zulauf 8 und einem Ablauf 9, ein als Abgasrückführungskühler ausgebildeter Wärmetauscher 10 mit einem vorgeschalteten Ventil 11 und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 12, beispielsweise ein Katalysator oder ein Partikelfilter, angeschlossen. Der Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen Motors 2 sind bekannt und werden daher hier nicht weiter erläutert.
Die Wärmerückgewinnungseinrichtung 3 weist eine Speisepumpe 13, einen als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher 14, eine als Dampfturbine ausgebildete Expansionsmaschine 15 und einen als Kondensator ausgebildeten weiteren Wärmetauscher 16 auf, der mit einem nicht dargestellten Kühlsystem des Fahrzeugs verbunden ist.
Die genannten Komponenten 13, 14, 15, 16 der Wärmerückgewinnungseinrichtung 3 sind über Rohrleitungen in einem geschlossenen Dampfkreislauf miteinander verbunden, in dem ein Arbeitsmedium geführt wird. In den Dampfkreislauf integriert ist der Abgasrückführungskühler 10 des Verbrennungsmotors 2, wobei der Abgasrückführungskühler 10 über das Arbeitsmedium mit dem Verdampfer 14 der Expansionsmaschine 3 in Verbindung steht.
Das Arbeitsmedium durchläuft einen Clausius-Rankine-Kreisprozess. Dabei wird das zunächst noch flüssige Arbeitsmediums mittels der Speisepumpe 13 unter einer adiabatischen Druckerhöhung in den Verdampfer 14 gefördert, wo es durch Wärmezufuhr über den Abgasrückführungskühler 10, der mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 2 in Verbindung steht, isobar verdampft wird. Bei der Verdampfung erhitzt sich das Arbeitsmedium bis seine Verdampfungstemperatur erreicht ist, und verdampft anschließend isotherm bei stetig steigendem Dampfanteil. Unter weiterer Wärmezufuhr wird der Dampf überhitzt und dabei getrocknet. Der überhitzte Dampf wird danach in der Expansionsmaschine 15 adiabatisch entspannt und verrichtet dort mechanische Arbeit, die einem Antriebstrang eines Fahrzeugs zuführbar ist. Schließlich wird das expandierte Arbeitsmedium in dem Kondensator 16 isobar verflüssigt, bevor es über einen nicht dargestellten Sammelbehälter erneut der Speisepumpe 13 für den nächsten Umlauf zugeführt wird.
2 zeigt einen beispielhaft ausgebildeten Antriebsstrang 1, der als ein Parallelhybridantriebsstrang ausgebildet ist. Der Antriebsstrang 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 und eine Wärmerückgewinnungseinrichtung 3 gemäß 1 sowie eine Elektromaschine 17 und eine Getriebeanordnung 18 auf. Die Getriebeanordnung 18 besteht aus einem mehrstufigen automatischen oder automatisierten Wechselgetriebe und einer Hinterachsübersetzung. Die Getriebeanordnung 18 weist zudem einen Nebenabtrieb 23 und eine Hydraulikeinrichtung 24 auf, wobei letztere als eine Hydraulikpumpe ausgebildet ist. Die von der Expansionsmaschine 15 der Wärmerückgewinnungseinrichtung 3 erzeugbare mechanische Zusatzleistung ist hier abtriebsseitig hinter der Getriebeanordnung 18 in den Antriebsstrang 1 einkoppelbar, was durch einen Pfeil angedeutet ist.
Die Elektromaschine 17 ist über eine erste Trennkupplung 19 mit dem Verbrennungsmotor 2 und über eine zweite Trennkupplung 20 mit der Getriebeanordnung 18 antriebsverbindbar bzw. von diesen trennbar. Die Elektromaschine 17 ist elektrisch an einen elektrischen Energiespeicher 21 angeschlossen, der beispielsweise als eine Batterie ausgebildet ist. An die elektrische Verbindung zwischen der Elektromaschine 17 und dem Energiespeicher 21 können verschiedene, hier nicht weiter erläuterte elektrische Nebenaggregate 22 angeschlossen sein.
3 zeigt die Fahrleistung P eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit übersetzungsbedingten Kurvenverläufen mit bzw. ohne Nutzung einer Expansionsmaschine 15 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs. Dabei ist es zunächst unerheblich, ob der Antriebsstrang konventionell oder hybrid ausgebildet ist. Das abgebildete Fahrleistungsdiagramm kann beispielsweise einem Hybridantriebsstrang 1 gemäß 2 zugeordnet sein. Weiterhin dargestellt ist eine Fahrwiderstandskurve FW, die den möglichen Fahrleistungen entgegenwirkt. Die Fahrwiderstandskurve FW kann nicht überschritten werden. Die Performance ergibt sich aus dem Fahrleistungsüberschuss gegenüber der Fahrwiderstandskurve FW.
Dem Fahrleistungsdiagramm liegt eine Getriebeanordnung 18, beispielsweise gemäß 2, mit einem Getriebe mit sechs Gangstufen G1, G2, G3, G4, G5, G6 sowie einer Hinterachsübersetzung zugrunde. Jeder Gangstufe G1, G2, G3, G4, G5, G6 ist eine als durchgezogene Linie dargestellte Fahrleistungskurve P_G1, P_G2, P_G3, P_G4, P_G5, P_G6 zugeordnet. Die Fahrleistungskurven P_G1, P_G2, P_G3, P_G4, P_G5, P_G6 ergeben sich bei einer normalen Hinterachsübersetzung ohne Berücksichtigung einer zusätzlichen Antriebsleistung durch die Expansionsmaschine 15 oder bei einer kleineren Hinterachsübersetzung mit Berücksichtigung einer zusätzlichen Antriebsleistung durch die Expansionsmaschine 15. Demnach ist die kleinere Achsübersetzung so gewählt, dass die mechanische Zusatzleistung aus der Expansionsmaschine 15 eine Fahrleistungsänderung durch die kleinere Hinterachsübersetzung ausgleicht, so dass die Fahrleistung unverändert bleibt. Die kleinere Achsübersetzung hat zur Folge, dass bei gleicher Fahrgeschwindigkeit v die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 verringert und dessen Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
Im Vergleich dazu zeigen die gestrichelten Fahrleistungskurven P’_G1, P’_G2, P’_G3, P’_G4, P’_G5, P’_G6 die Fahrleistung in den Gangstufen G1, G2, G3, G4, G5, G6 bei einer kleineren Hinterachsübersetzung ohne Berücksichtigung einer zusätzlichen Antriebsleistung durch die Expansionsmaschine 15. Eine kleinere Hinterachsübersetzung ohne diese Zusatzleistung würde die Fahrleistungskurven zwar in Richtung höherer Geschwindigkeiten verschieben, aber gleichzeitig den Fahrleistungsüberschuss gegenüber der Fahrwiderstandskurve FW und damit die Performance verringern.
4 zeigt zum Vergleich die Leistungszunahme eines Antriebsstrangs durch die Einkopplung einer Expansionsmaschine 15 ohne eine Anpassung des Antriebsstrangs wie sie durch die Erfindung vorgesehen. Demnach würde das Fahrzeug eine dem Betrag der eingekoppelten mechanischen Leistung der Expansionsmaschine 15 entsprechende höhere Fahrleistung erfahren, die vom Fahrer als eine bessere Performance wahrnehmbar wäre, wobei sich der Verbrauch des Verbrennungsmotors 2 nicht ändern würde. Die gestrichelt dargestellten Fahrleistungskurven P_mWHR entsprechen der kleineren Achsübersetzung gemäß 3, jedoch mit der Leistungszunahme durch eine Expansionsmaschine 15. Diese Fahrleistungskurven P_mWHR steigen vergleichsweise steiler an und enden an einer Begrenzungslinie WHR_lim, die durch die Maximalleistung des Antriebs mit der Expansionsmaschine 15 bestimmt ist. Die durchgezogenen Fahrleistungskurven P_oWHR zeigen die gewohnte Fahrleistung ohne Nutzung der Expansionsmaschine 15.
Die vergleichende Betrachtung der Fahrleistungen gemäß 3 und 4 verdeutlicht die Wirkung der Einkopplung der Expansionsmaschine 15 mit einer gleichzeitigen Anpassung der Hinterachsübersetzung mit der Folge einer Verbrauchreduzierung des Verbrennungsmotors 2 bei unveränderter Fahrleistung und Performance des Fahrzeugs.
5 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Ladezustands SOC des elektrischen Energiespeichers 21, der für ein Schaltprogramm des Getriebes 18 in dem Hybridantriebsstrang 1 mit der Expansionsmaschine 15 relevant ist.
In dem Schaltprogramm können die Schaltdrehzahlen des Verbrennungsmotors 2 bei Hochschaltungen aufgrund der Leistungszunahme des Antriebs durch die eingekoppelte mechanische Leistung der Expansionsmaschine 15 verringert werden, um im Ergebnis den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Durch ein Vorhalten von elektrischer Energie im elektrischen Energiespeicher 21, die bei einer Lastanforderung, etwa in einem niedrigen Gang, unmittelbar zur Verfügung steht, können die Schaltdrehzahlen für Hochschaltungen an sich noch weiter verringert werden, um den Verbrauch weiter zu senken. Sofern die Elektromaschine 17 eine elektromotorische Antriebsleistung liefert, muss allerdings der aktuelle Ladezustand des Energiespeichers 21 beachtet werden. Nur wenn kurzfristig ausreichend elektrische Antriebsleistung abrufbar ist, können Performanceeinbußen sicher vermieden werden, wenn die Schaltdrehzahl noch weiter abgesenkt wurde.
Dies kann jedoch nur sichergestellt werden, solange sich der Ladezustand SOC des Energiespeichers 21 auf einem ausreichend hohen Niveau, d.h. zwischen einem Ladezustandsschwellwert SOC_lim und einem maximalen Ladezustand SOC_max befindet. Daher werden die Hochschaltdrehzahlen nicht über ein durch die Expansionsmaschine 15 mögliches Maß hinaus verringert, wenn der Ladezustand SOC unter den Schwellwert SOC_lim sinkt.
Bei dem beispielhaften Ladungsverlauf in 5 beginnt die Elektromaschine 17 in einem Anfangspunkt A bei maximaler Batterieladung SOC_max Antriebsleistung zu liefern und wird dazu aus dem elektrischen Energiespeicher 21 versorgt, so dass nach einer Zeit in einem Betriebspunkt B der Ladezustandsschwellwert SOC_lim erreicht wird. Hochschaltungen erfolgen zwischen dem Anfangspunkt A und dem Betriebspunkt B bei niedrigen Drehzahlen. Unterhalb des Ladezustandsschwellwerts SOC_lim nähert sich der Ladezustand SOC des elektrischen Energiespeichers 21 schnell einem Minimum SOC_min. In einem Umkehrpunkt C kann die Elektromaschine 17 dann in einen Generatorbetrieb umgeschaltet werden, um den Ladezustand SOC des elektrischen Energiespeichers 21 wieder zu erhöhen. Zuvor kann im Ladebereich zwischen dem Schwellwert SOC_lim und dem Minimalwert SOC_min erforderlichenfalls eine Rückschaltung erfolgen, um die Performance des Fahrzeugs sicherzustellen, wenn keine oder nur eine geringe elektrische Antriebsleistung verfügbar ist bzw. wenn die generatorisch betriebene Elektromaschine 17 den Verbrennungsmotor 2 belastet.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor, Antriebsmaschine
3: Wärmerückgewinnungseinrichtung
4: Verdichter
5: Turbine
6: Bypassventil
7: Ladeluftkühler
8: Ladeluftkühlerzulauf
9: Ladeluftkühlerablauf
10: Abgasrückführungskühler, Wärmetauscher
11: Abgasrückführungsventil
12: Abgasnachbehandlungseinrichtung
13: Speisepumpe
14: Verdampfer, Wärmetauscher
15: Expansionsmaschine, Turbine
16: Kondensator, Wärmetauscher
17: Elektromaschine, Antriebsmaschine
18: Getriebeanordnung, Getriebe
19: Erste Trennkupplung
20: Zweite Trennkupplung
21: Elektrischer Energiespeicher, Batterie
22: Nebenaggregate
23: Nebenabtrieb
24: Hydraulikeinrichtung
P F: ahrleistung
P_G1: Fahrleistung 1.Gang
P_G2: Fahrleistung 2.Gang
P_G3: Fahrleistung 3.Gang
P_G4: Fahrleistung 4.Gang
P_G5: Fahrleistung 5.Gang
P_G6: Fahrleistung 6.Gang
P’_G1: Fahrleistung 1.Gang
P’_G2: Fahrleistung 2.Gang
P’_G3: Fahrleistung 3.Gang
P’_G4: Fahrleistung 4.Gang
P’_G5: Fahrleistung 5.Gang
P’_G6: Fahrleistung 6.Gang
P_mWHR: Fahrleistung mit Expansionsmaschine bei verkleinerter Übersetzung
P_oWHR: Fahrleistung ohne Expansionsmaschine und normaler Übersetzung
t Z: eit
SOC: Ladezustand
SOC_lim: Ladezustandsschwellwert
SOC_max: Ladezustandsmaximum
SOC_min: Ladezustandsminimum
v: Fahrgeschwindigkeit
WHR_lim: Begrenzungslinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009028153 A1 [0005]
DE 102006036122 A1 [0006]
DE 102007022735 A1 [0006]

Claims

Fahrzeugantrieb mit einem Antriebsstrang (1), der einen Verbrennungsmotor (2) und eine Expansionsmaschine (15) aufweist, bei dem die Expansionsmaschine (15) in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, in dem ein Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors (2) anfallende Verlustwärme verdampft wird und in der Expansionsmaschine (15) mechanische Arbeit verrichtet, die als zusätzliche Leistung in den Antriebsstrang (1) einspeisbar ist, und bei dem eine Getriebeanordnung (18) zur Übersetzung zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) und der Drehzahl der angetriebenen Fahrzeugräder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Komponenten der Getriebeanordnung (18) und/oder ein Steuerungsprogramm zum Betreiben des Antriebsstrangs (1) derart an die zusätzlich durch die Expansionsmaschine (15) bereitgestellte Antriebsleistung angepasst sind, dass die Fahrleistung (P) des Fahrzeugs im Vergleich zu einem Ausgangszustand ohne Expansionsmaschine (15) zumindest weitgehend unverändert ist.
Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (18) einen Hinterachsantrieb aufweist, bei dem eine Hinterachsübersetzung gegenüber einem vergleichbaren Antriebsstrang ohne Expansionsmaschine (15) so verkleinert ist, dass die Fahrleistung (P) bei einer niedrigeren Motordrehzahl erreicht wird, wobei eine Leistungsverringerung des Verbrennungsmotors (2) durch die mittels der Expansionsmaschine (15) rekuperierte Leistung wenigstens annähernd kompensierbar ist.
Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (18) mehrere Gangstufen (G1, G2, G3, G4, G5, G6) aufweist, denen ein Schaltprogramm in einem Getriebesteuergerät zugeordnet ist, bei dem die Schaltdrehzahlen für Hochschaltungen gegenüber einem Ausgangszustand ohne Expansionsmaschine (15) verringert sind, so dass die Fahrleistung (P) über ein Durchfahren der Gangstufen (G1, G2, G3, G4, G5, G6) in einem Drehzahlband niedrigerer Motordrehzahlen erreicht wird, wobei eine Leistungsverringerung des Verbrennungsmotors (2) in den Gangstufen (G1, G2, G3, G4, G5, G6) durch die mittels der Expansionsmaschine (15) rekuperierte Leistung wenigstens annähernd kompensierbar ist.
Fahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) als ein Parallelhybridantriebsstrang ausgebildet ist, der eine als Elektromaschine (17) ausgebildete zweite Antriebsmaschine aufweist, dass die durch eine elektromotorisch erzeugte Leistung in den Antriebsstrang (1) einspeisbar ist, so dass eine Leistungsverringerung des Verbrennungsmotors (2) aufgrund einer angepassten Hinterachsübersetzung und/oder eines angepassten Schaltprogramms durch die mittels der Expansionsmaschine (15) rekuperierte Leistung und/oder durch die mittels der Elektromaschine (17) verfügbare elektromotorische Leistung wenigstens annähernd kompensierbar ist.
Fahrzeugantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung und Überwachung des Ladezustands (SOC) eines elektrischen Energiespeichers (21) zur Versorgung der Elektromaschine (17) angeordnet sind, und dass in einem Schaltprogramm für die Getriebeanordnung (18) der Ladezustand (SOC) des elektrischen Energiespeichers (21) derart berücksichtigt ist, dass bei einem Unterschreiten eines Ladezustandsschwellwerts (SOC_lim) in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden verbrennungsmotorischen und rekuperativen Leistung eine geringere Absenkung der Schaltdrehzahlen bei Hochschaltungen oder keine Absenkung der Schaltdrehzahlen bei Hochschaltungen oder eine Rückschaltung in eine kleinere Gangstufe (G1, G2, G3, G4, G5) erfolgen kann.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebs mit einem Antriebsstrang (1), der einen Verbrennungsmotor (2) und eine Expansionsmaschine (15) aufweist, bei dem die Expansionsmaschine (15) in einem geschlossenen Dampfkreislauf angeordnet ist, in dem ein Arbeitsmedium durch im Betrieb des Verbrennungsmotors (2) anfallende Verlustwärme verdampft wird und in der Expansionsmaschine (15) mechanische Arbeit verrichtet, die als zusätzliche Leistung in den Antriebsstrang (1) eingespeist wird, und bei dem eine Getriebeanordnung (18) zur Übersetzung zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) und der Drehzahl der angetriebenen Fahrzeugräder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Expansionsmaschine (15) zusätzlich in den Antriebstrang (1) eingespeiste Antriebsleistung durch ein leistungs- und/oder übersetzungswirksames Ansteuern von Aggregaten des Antriebsstrangs (1) derart kompensiert wird, dass die Fahrleistung (P) des Fahrzeugs im Vergleich zu einem Ausgangszustand ohne Expansionsmaschine (15) zumindest weitgehend unverändert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltsteuerung der Getriebeanordnung (18), die mehrere Gangstufen (G1, G2, G3, G4, G5, G6) aufweist, ein Schaltprogramm vorgesehen ist, bei dem die Schaltdrehzahlen für Hochschaltungen so verringert werden, dass die Fahrleistung (P) über ein Durchfahren der Gangstufen (G1, G2, G3, G4, G5, G6) in einem Drehzahlband niedrigerer Drehzahlen des Verbrennungsmotors (2) erreicht wird, und bei dem eine Leistungsverringerung des Verbrennungsmotors (2) in den Gangstufen (G1, G2, G3, G4, G5, G6) durch die mittels der Expansionsmaschine (15) rekuperierte Leistung wenigstens annähernd kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Antriebsstrang (1), der als ein Parallelhybridantriebsstrang ausgebildet ist und der eine Elektromaschine (17) aufweist, mittels der eine elektromotorisch erzeugte Leistung in den Antriebsstrang (1) einspeisbar ist, das Schaltprogramm zur Verringerung der Schaltdrehzahlen in Abhängigkeit eines aktuellen Ladezustands (SOC) eines elektrischen Energiespeichers (21) zur Versorgung der Elektromaschine (17) an die verfügbare elektromotorisch erzeugte Leistung angepasst wird, wobei bei einem Unterschreiten eines Ladezustandsschwellwerts (SOC_lim) keine oder eine geringere Absenkung der Schaltdrehzahlen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Unterschreiten des Ladezustandsschwellwerts (SOC_lim) des Energiespeichers (21) eine Rückschaltung in eine kleinere Gangstufe (G1, G2, G3, G4, G5) erfolgt.