-
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Hybridantriebseinrichtung für einen hybriden Antriebsstrang, insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem Antriebsmotor und einem von dem Antriebsmotor angetrieben Verbraucher.
-
Fahrzeuge, beispielsweise Kraftfahrzeuge oder Fahrzeuge des öffentlichen Personenverkehrs, beispielsweise Omnibusse, bevorzugt für den Personennahverkehr, sowie mobile selbstfahrende Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeuge, Landmaschinen, Forstmaschinen und Baumaschinen, beispielsweise Bagger, Rad- und Teleskoplader, Schlepper, Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrüben- oder Kartoffelroder, weisen einen Antriebsstrang mit einem in der Regel als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor auf, der einen Verbraucher, beispielsweise einen Fahrantrieb, des Fahrzeugs antreibt.
-
Zunehmend kommen bei derartigen Fahrzeugen hybride Antriebsstrangkonzepte zum Einsatz. Hinsichtlich des Aufbaus des hybriden Antriebsstranges sind Ausführungen als serieller Hybrid, als paralleler Hybrid oder als leistungsverzweigter Hybrid bekannt.
-
Fahrzeuge mit einem hybriden Antriebsstrang werden aus einer Kombination von verschiedenen Energiequellen angetrieben. Neben dem in der Regel als Verbrennungsmotor ausgeführten Antriebsmotor als Energiequelle ist die Energiequelle der Hybridantriebseinrichtung vorgesehen und im Fahrzeug mitgeführt, die bei einer mechanischen Hybridantriebseinrichtung beispielsweise von einem Schwungrad, bei einer elektrischen Hybridantriebseinrichtung von einer Batterie, Akkumulatoren oder Hochleistungskondensatoren bzw. bei einer hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung von einem Hydrospeicher gebildet sein kann.
-
Bekannte Hybridantriebseinrichtung weisen einen hohen Systemaufwand und somit einen hohen Bauaufwand auf.
-
Bekannte elektrische Hybridantriebseinrichtungen bestehen aus einem elektrischen Energiespeicher und einer elektrischen, als Motor und Generator betreibbaren Maschine, die in der Regel als Asynchronmaschine ausgebildet ist und zu deren Ansteuerung eine Leistungselektronik erforderlich ist. Für den elektrischen Energiespeicher ist hierbei in der Regel auch eine Klimatisierungsanlage erforderlich, um den Energiespeicher im Betrieb heizen bzw. kühlen zu können. Elektrische Hybridantriebseinrichtungen sind aufgrund der geringen Kapazität der elektrischen Energiespeicher sowie der zum Betrieb benötigten zusätzlichen Komponenten aus den Bereichen der Leistungselektronik und der Klimatechnik sehr kostenintensiv. Zudem wirkt sich die geringe Leistungs- und Energiedichte der elektrischen Energiespeicher negativ auf das Gesamtgewicht des Fahrzeugs aus. Ein weiterer Nachteil elektrischer Hybridantriebseinrichtungen besteht darin, dass der elektrische Energiespeicher ein erhöhtes Gefahrenpotenzial darstellt, beispielsweise durch Selbstentzündung und einer Gefährdung der ein brennendes Fahrzeug mit einem eingebauten elektrischen Energiespeicher einer elektrischen Hybridantriebseinrichtung löschenden Person.
-
Bekannte mechanische Hybridantriebseinrichtungen mit einem mechanischen Energiespeicher, beispielsweise einem Schwungradspeicher, arbeiten in der Regel mit sehr großen oder sehr schnell drehenden Schwungrädern. Die zusätzliche Masse des Schwungradspeichers einer mechanischen Hybridantriebseinrichtung führt jedoch zu einer Verringerung des Energieverbrauchsvorteils des Fahrzeugs, da in den Fahrzyklen entsprechend mehr Energie für die Beschleunigung des Fahrzeugs erforderlich ist.
-
Bekannte hydrostatische Hybridantriebseinrichtungen benötigen oftmals eine Vielzahl von Ventilen, um Leistung in einem Hydrospeicher zwischen zu speichern und wieder abzugeben. Aus der
WO 2007/071362 A1 ist eine gattungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei der die hydrostatische Hybridantriebseinrichtung als Verdrängermaschine ausgebildet ist, die mit einer Seite über eine Leitung mit einem Behälter und mit der zweiten Seite über eine weitere Leitung mit einem Hydrospeicher verbunden ist. Die Verdrängermaschine ist als Pumpe und Motor betreibbar und hierzu zur Förderung von Druckmittel in beiden Durchflussrichtungen vorgesehen. Die Verdrängermaschine ist als ein im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk ausgeführt. Bei der
WO 2007/071362 A1 ergeben sich im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb unterschiedliche Durchflussrichtungen der Verdrängermaschine. Um bei gleicher Drehrichtung der Verdrängermaschine somit den Pumpen- und Motorbetrieb ermöglichen zu können, ist das Verstelltriebwerk als beidseitig und somit über die Stellung mit Verdrängervolumen Null in beide Richtungen verstellbar auszuführen, wodurch die Verstelleinrichtung der Verdrängermaschine und somit die Verdrängermaschine der hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung entsprechend aufwändig ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Hybridantriebseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen einfachen, kompakten und kostengünstigen Aufbau aufweist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hybridantriebseinrichtung lediglich eine hydrostatische Verdrängermaschine umfasst, die im offenen Kreislauf betrieben ist und bei gleicher Drehrichtung sowie gleicher Durchflussrichtung eines Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist, wobei an eine auslassseitige Förderseite der Verdrängermaschine eine Förderleitung angeschlossen ist, die zu einer Hochdruckspeichervorrichtung geführt ist, wobei die Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb ausschließlich in die Hochdruckspeichervorrichtung fördert, der den einzigen von der Verdrängermaschine versorgten Verbraucher bildet, und in der Förderleitung ein in Richtung zur Hochdruckspeichervorrichtung öffnendes Sperrventil angeordnet ist, wobei von der Förderleitung zwischen der Förderseite der Verdrängermaschine und dem Sperrventil eine Zweigleitung abzweigt, die mit einer Niederdruckspeichervorrichtung verbunden ist, und an eine einlassseitige Saugseite der Verdrängermaschine eine mit der Niederdruckspeichervorrichtung in Verbindung stehende Ansaugleitung angeschlossen ist, wobei in der Ansaugleitung ein in Richtung zu der Niederdruckspeichervorrichtung sperrendes Sperrventil angeordnet ist und eine Entladeleitung von der Hochdruckspeichervorrichtung an die Ansaugleitung zwischen der Saugseite der Verdrängermaschine und dem Sperrventil angeschlossen ist, wobei eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die die Entladeleitung und die Zweigleitung ansteuert, wobei die Ventileinrichtung im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine die Entladeleitung und die Zweigleitung absperrt und im Motorbetrieb der Verdrängermaschine die Entladeleitung und die Zweigleitung auf Durchfluss aufsteuert.
-
Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung besteht aus einer im offenen Kreislauf betriebenen hydrostatischen Verdrängermaschine, die bei gleicher Drehrichtung sowie gleicher Durchflussrichtung eines Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist. Die Verdrängermaschine steht an einer auslassseitigen Förderseite mit einer Förderleitung in Verbindung, die zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführt ist. Die Hochdruckspeichervorrichtung stellt hierbei den einzigen Verbraucher der Verdrängermaschine dar, so dass bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung die Verdrängungsmaschine ausschließlich in die Hochdruckspeichervorrichtung fördert. In der Förderleitung ist ein in Richtung zur Hochdruckspeichervorrichtung öffnendes Sperrventil angeordnet, das den Rücklauf aus der Hochdruckspeichervorrichtung zur Förderseite der Verdrängermaschine verhindert. Mit einem derartigen Sperrventil kann auf schaltungstechnisch einfache Weise der Ladebetrieb der Hochdruckspeichervorrichtung durchgeführt werden und bei aufgeladenem Hochdruckspeichervorrichtung ein Abströmen des Druckmittels aus der Hochdruckspeichervorrichtung zur Förderseite der Verdrängermaschine verhindert werden. An eine einlassseitige Saugseite der Verdrängermaschine ist eine mit der Niederdruckspeichervorrichtung in Verbindung stehende Ansaugleitung angeschlossen, in der ein in Richtung zu der Niederdruckspeichervorrichtung sperrendes Sperrventil angeordnet ist. Eine Entladeleitung der Hochdruckspeichervorrichtung ist an die Ansaugleitung zwischen der Saugseite der Verdrängermaschine und dem Sperrventil angeschlossen. Im Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine wird somit der Verdrängungsmaschine an der Saugseite das unter Druck stehende Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung zugeführt, wobei mit dem in der Ansaugleitung angeordneten Sperrventil auf einfache Weise im Motorbetrieb ein Abströmen des Druckmittels aus der Hochdruckspeichervorrichtung in die Niederdruckspeichervorrichtung verhindert wird. Eine derartige Verdrängermaschine weist einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auf. Von der Förderleitung zweigt zwischen der Förderseite der Verdrängermaschine und dem in der Förderleitung angeordneten Sperrventil eine Zweigleitung ab, die mit dem Niederdruckspeichervorrichtung verbunden ist. Mit einer derartigen Zweigleitung kann auf schaltungstechnisch einfache Weise erzielt werden, dass im Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine, in dem die Verdrängungsmaschine an der Saugseite mit dem Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung angetrieben wird, die Förderseite der Verdrängungsmaschine über die Zweigleitung mit der Niederdruckspeichervorrichtung verbunden ist und ein Rücklauf des die Verdrängungsmaschine antreibenden Druckmittels aus der Hochdruckspeichervorrichtung zu der Niederdruckspeichervorrichtung ermöglicht wird. Um den Pumpenbetrieb und den Motorbetrieb der Verdrängermaschine steuern zu können, ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, die die Entladeleitung und die Zweigleitung ansteuert, wobei die Ventileinrichtung im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine die Entladeleitung und die Zweigleitung absperrt und im Motorbetrieb der Verdrängermaschine die Entladeleitung und die Zweigleitung auf Durchfluss aufsteuert. Mit der Ventileinrichtung, die die Zweigleitung und die Entladeleitung ansteuert, wird somit auf einfache Weise erzielt, dass die Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb, wobei mittels der Ventileinrichtung die Entladeleitung und die Zweigleitung absperrt sind, mit der Saugseite Druckmittel aus der Niederdruckspeichervorrichtung ansaugt und über die Förderseite in die Hochdruckspeichervorrichtung fördert und die Verdrängungsmaschine im Motorbetrieb, wobei mittels der Ventileinrichtung die Entladeleitung und die Zweigleitung geöffnet sind, an der Saugseite von dem und unter Druck stehendem Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung angetrieben wird und an der Förderseite über die geöffnete Zweigleitung zu der Niederdruckspeichervorrichtung fördert. Da bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung die Hochdruckspeichervorrichtung den einzigen Verbraucher der Verdrängermaschine bildet, kann ein kompakter Aufbau der Hybridantriebseinrichtung erzielt werden. Weiterhin ergibt sich hierdurch für die Ventileinrichtung ein geringer Bauaufwand. Insgesamt weist die erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung einen einfachen und kostengünstigen Aufbau der Verdrängermaschine, aufgrund des einzigen von der Hochdruckspeichervorrichtung gebildeten Verbrauchers der Verdrängermaschine einen einfachen schaltungstechnischen und kompakten Aufbau und einen einfachen Aufbau für die Ventileinrichtung zum Steuern des Pumpenbetriebs und Motorbetriebs auf, so dass die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung einen einfachen, kompakten und kostengünstigen Aufbau aufweist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Ventileinrichtung ein Zweistellungs-Vieranschlussventil ausgebildet, an das die Zweigleitung und die Entladeleitung angeschlossen sind, wobei das Zweistellungs-Vieranschlussventil eine Sperrstellung aufweist, in der die Zweigleitung und die Entladeleitung abgesperrt sind, und eine Durchflussstellung aufweist, in der die Zweigleitung und die Entladeleitung geöffnet sind. Ein derartiges Zweistellungs-Vieranschlussventil weist einen einfachen Aufbau auf und ermöglicht es auf einfache Weise, den Pumpenbetrieb und den Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine zu steuern.
-
Der Bauaufwand kann weiter verringert werden, wenn das Zweistellungs-Vieranschlussventil als Schaltventil ausgebildet ist.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Ventileinrichtung ein erstes Steuerventil auf, das die Entladeleitung ansteuert, und ein zweites Steuerventil auf, das die Zweigleitung ansteuert. Die Ventileinrichtung ist somit in aufgelöster Bauweise ausgeführt und umfasst zwei einfach aufgebaute Steuerventile, die die Entladeleitung bzw. die Zweigleitung ansteuern. Eine derartige aus zwei getrennten Steuerventilen bestehende Ventileinrichtung weist ebenfalls einen geringen Aufwand auf.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Steuerventil und/oder das zweite Steuerventil als Zweistellungs-Zweianschlussventil ausgebildet, das eine Sperrstellung und eine Durchflussstellung aufweist. Eine von zwei Zweistellungs-Zweianschlussventilen bestehende Ventileinrichtung weist einen einfachen Aufbau auf und ermöglicht es auf einfache Weise, den Pumpenbetrieb und den Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine zu steuern.
-
Der Bauaufwand kann weiter verringert werden, wenn das erste Steuerventil und/oder das zweite Steuerventil als Schaltventil ausgebildet ist.
-
Gemäß einer alternativen und ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Steuerventil und/oder das zweite Steuerventil als im Öffnungsdruck einstellbares Druckventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil, ausgebildet. Mit einem in der Entladeleitung bzw. der Zweigleitung angeordneten und im Öffnungsdruck einstellbaren Druckventil, beispielsweise einem Druckbegrenzungsventil, kann mit geringem Bauaufwand für die Ventileinrichtung durch Absperren bzw. Öffnen der Entladeleitung bzw. der Zweigleitung der Pumpenbetrieb und der Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine gesteuert werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ventileinrichtung elektrisch betätigbar und steht zur Betätigung mit einer elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung, die eingangsseitig mit einer den Speicherdruck der Hochdruckspeichervorrichtung erfassenden Sensoreinrichtung in Verbindung steht. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Steuerungsaufwand, da mit einer elektronischen Steuereinrichtung und einer von dieser elektrisch betätigbaren Ventileinrichtung in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung erfassten Speicherdruck der Hochdruckspeichervorrichtung durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung der Pumpenbetrieb der Verdrängungsmaschine zum Laden der Hochdruckspeichervorrichtung eingeleitet werden kann sowie bei einem entsprechenden in der Hochdruckspeichervorrichtung anstehenden Speicherladedruck durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung der Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine eingeleitet werden kann, um ein Drehmoment abzugeben.
-
In der elektronischen Steuereinrichtung sind vorteilhafterweise Betriebsstrategien hinterlegt, um die Hochdruckspeichervorrichtung in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Fahrzeugs mit überschüssiger Energie des Antriebsmotors und/oder im Bremsbetrieb des Verbrauchers durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine aufzuladen. Hierdurch wird es möglich, die Hochdruckspeichervorrichtung in bestimmten Betriebszuständen, in denen am Antriebsmotor überschüssige Energie anfällt, zu laden und/oder in einem Bremsbetrieb des Verbrauchers mit der anfallenden Bremsenergie aufzuladen, um eine Energierückgewinnung zu ermöglichen. Die elektronische Steuereinrichtung steht hierzu mit entsprechenden Betätigungselementen in Verbindung, anhand derer der jeweilige Betriebszustand und/oder der Bremsbetrieb des Verbrauchers ermittelt werden kann, beispielsweise einer Fahrpedaleinrichtung oder einem Bremspedal bei der Ausführung des Verbrauchers als Fahrantrieb des Fahrzeugs.
-
Bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann die Verdrängermaschine im Motorbetrieb als Boosterantrieb des laufenden Antriebsmotors und/oder als hydraulischer Starter des abgestellten Antriebsmotors dienen. Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung kann somit zur Unterstützung des laufenden Antriebsmotors und/oder als hydraulischer Starter im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors verwendet werden, wobei sich aufgrund der robusten Bauweise und Funktion der Verdrängermaschine eine kostengünstige Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors erzielen lässt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Hochdruckspeichervorrichtung ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet. Im Pumpenbetrieb der Verdrängungsmaschine, in dem die Hochdruckspeichervorrichtung mit Druckmittel aufgeladen wird, kann über eine Druckbegrenzungsventil auf einfache Weise der Ladebetrieb abgesichert und der in der Hochdruckspeichervorrichtung anstehenden Speicherdruck abgesichert werden.
-
Die Hochdruckspeichervorrichtung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Druckspeicher, insbesondere Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet sein. Bevorzugt steht die Hochdruckspeichervorrichtung unter einer Vorspannung, beispielsweise einer Gasvorspannung.
-
Die Niederdruckspeichervorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als Behälter, insbesondere nicht-vorgespannter Behälter, oder gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung als Druckspeicher, insbesondere vorgespannter Behälter, Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet sein. Der nicht-vorgespannte Behälter steht bevorzugt mit der Umgebung und somit der Atmosphäre in Verbindung. Ein als vorgespannte Behälter ausgebildeter Druckspeicher als Niederdruckspeichervorrichtung steht bevorzugt einer Vorspannung, beispielsweise einer Gasvorspannung oder ist pneumatisch vorgespannt, wobei die Vorspannung bevorzugt auf ein niedriges Druckniveau im Bereich von 2 bis 10 bar eingestellt ist.
-
Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus und einer kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung ergeben sich besondere Vorteile, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Hochdruckspeichervorrichtung und die Niederdruckspeichervorrichtung als Doppelkolbenspeicher ausgebildet ist, wobei ein erster Druckraum des Doppelkolbenspeichers mit der Förderleitung und der Entladeleitung verbunden ist und ein zweiter Druckraum des Doppelkolbenspeichers mit der Zweigleitung und der Ansaugleitung verbunden ist. Mit einem Doppelkolbenspeicher kann mit besonders geringem Bauraumbedarf die Funktion der Hochdruckspeichervorrichtung und der tankseitigen Niederdruckspeichervorrichtung erzielt werden.
-
Die Verdrängermaschine kann als im Verdrängervolumen konstantes Konstanttriebwerk ausgebildet sein.
-
Alternativ kann die Verdrängermaschine als im Verdrängervolumen einseitig verstellbares Verstelltriebwerk ausgebildet sein. Aufgrund der gleich bleibenden Durchflussrichtung des Druckmittels der Verdrängungsmaschine im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb ergeben sich bei einer als Verstelltriebwerk ausgebildeten Verdrängungsmaschine besondere Vorteile hinsichtlich eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus der Verdrängungsmaschine, da die Verdrängungsmaschine als einseitig verstellbares Verstelltriebwerk ausgeführt werden kann, bei der eine Verdrängervolumenstelleinrichtung des Verstelltriebwerks ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen, beispielsweise einer Stellung mit Verdrängervolumen Null, in eine einzige Stellrichtung verstellbar ist. Ein derartiges einseitig verstellbares Verstelltriebwerk weist gegenüber einem beidseitig verstellbaren Verstelltriebwerk einen deutlich vereinfachten Aufbau der Verstellung der Verdrängervolumenstelleinrichtung auf, so dass sich ein kostengünstiger und kompakter Aufbau der Verdrängermaschine ergibt.
-
Die Verdrängervolumenstelleinrichtung des Verstelltriebwerks steht vorteilhafterweise zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung. Von der elektronischen Steuereinrichtung kann somit durch entsprechendes Einstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung und somit des Verdrängervolumens des Verstelltriebwerks das Drehmoment der Verdrängermaschine gesteuert werden, das in Verbindung mit dem in der Hochdruckspeichervorrichtung anstehenden Speicherdruck im Pumpenbetrieb von der Verdrängungsmaschine aufgenommen bzw. im Motorbetrieb von der Verdrängungsmaschine abgegeben wird.
-
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn in der Förderleitung ein Retarderventil angeordnet ist. Mit einem in der zur der Hochdruckspeichervorrichtung geführten Förderleitung und somit im Zulauf der Hochdruckspeichervorrichtung angeordneten Retarderventil kann auf einfache Weise an der Förderseite der Verdrängermaschine bei einem nicht ausreichenden Speicherladedruck der Hochdruckspeichervorrichtung der Druck angehoben werden und ein Druck an der Förderseite der Verdrängermaschine entsprechend der gewünschten Bremsleistung eingestellt werden.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem von einem Antriebsmotor angetriebenen Antriebsstrang und einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung, wobei der Antriebsstrang als Parallelhybrid ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung kann in einem Fahrzeug auf einfache und kostengünstige Weise sowie mit einem geringen Bauraumbedarf für die Hybridantriebseinrichtung ein paralleler Hybrid geschaffen werden, bei dem die Verdrängermaschine und der Antriebsmotor auf den Antriebsstrang wirken.
-
Der Verbraucher kann als ein von einem Getriebe angetriebenes Drehwerk ausgebildet sein. Mit einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann bei einem Fahrzeug mit einem Drehwerk, beispielsweise einer als Bagger ausgebildeten Arbeitsmaschine, im Bremsbetrieb des Drehwerks eine Energierückgewinnung erfolgen und eine Unterstützung des Antriebsmotor beim Beschleunigen des Drehwerks erzielt werden.
-
Der Verbraucher kann als eine von einem Getriebe angetriebene Antriebsachse mit zumindest zwei angetriebenen Antriebsrädern ausgebildet sein. Mit einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann bei einem Fahrzeug mit einem eine Antriebsachse umfassenden Fahrantrieb, beispielsweise einem Kraftfahrzeug oder einem Omnibus, im Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgen und eine Unterstützung des Antriebsmotor beim Beschleunigen des Fahrzeugs erzielt werden.
-
Aufgrund der kompakten Abmessungen und kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann die Hybridantriebseinrichtung im Antriebsstrang im direkten Durchtrieb angeordnet sein. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung ist somit direkt in dem Antriebstrang eingebaut und integriert und ermöglicht einen Durchtrieb.
-
Alternativ kann die Hybridantriebseinrichtung über ein Verlagerungsgetriebe, insbesondere ein Stirnradgetriebe, mit dem Antriebsstrang verbunden sein. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung ist somit über ein Verlagerungsgetriebe mit dem Antriebsstrang verbunden und in diesen integriert.
-
Eine derartige Verbindung der Hybridantriebseinrichtung mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs über ein Verlagerungsgetriebe bietet die Möglichkeit, die Hybridantriebseinrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mittels einer Kupplungseinrichtung mit dem Antriebsstrang zu verbinden und von dem Antriebsstrang zu trennen. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung kann in der geöffneten Stellung der Kupplungseinrichtung temporär von dem Antriebstrang getrennt werden, wodurch in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei längeren stationären Fahrsituation des Fahrzeugs, ein permanenter und verlustbringender Betrieb der Verdrängungsmaschine vermieden werden kann.
-
Aufgrund der kompakten Abmessungen und kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann die Hybridantriebseinrichtung an einer beliebigen Stelle des Antriebsstranges eingebaut werden.
-
Gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hybridantriebseinrichtung im Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor und einem den Verbraucher antreibenden Getriebe angeordnet.
-
Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Antriebsstrang im Kraftfluss zwischen der Hybridantriebseinrichtung und dem Getriebe eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung kann von der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung auf einfache Weise ein Starten des abgestellten Antriebsmotors im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion erzielt werden.
-
Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Antriebsstrang im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmotor und der Hybridantriebseinrichtung eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Sofern diese Kupplungseinrichtung geöffnet ist und eine Kupplungseinrichtung, die im Kraftfluss zwischen der Hybridantriebseinrichtung und dem Getriebe geschlossen ist, kann bei abgeschalteter Antriebsmaschine über die Hybridantriebseinrichtung der Verbraucher angetrieben werden.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hybridantriebseinrichtung im Antriebsstrang zwischen dem Getriebe und dem Verbraucher angeordnet.
-
Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Antriebsstrang im Kraftfluss zwischen dem Getriebe und der Hybridantriebseinrichtung eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung kann bei abgeschalteter Antriebsmaschine über die Hybridantriebseinrichtung der Verbraucher angetrieben werden.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hybridantriebseinrichtung mit einer Zusatzachse des Fahrzeugs trieblich verbunden. Sofern das Fahrzeug neben der über das Getriebe angetriebenen Antriebsachse eine Zusatzachse aufweist, die mit der Hybridantriebseinrichtung verbunden ist, kann im Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgen und im Fahrbetrieb des Fahrzeugs über die Zusatzachse von der Hybridantriebseinrichtung ein Zusatzdrehmoment aufgebracht werden.
-
Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Kraftfluss zwischen der Hybridantriebseinrichtung und der Zusatzachse eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Mit einer derartigen Kupplungseinrichtung kann die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung auf einfache Weise von der Zusatzachse getrennt werden. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung kann in der geöffneten Stellung der Kupplungseinrichtung temporär von der Zusatzachse getrennt werden, wodurch in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei längeren stationären Fahrsituation des Fahrzeugs, ein permanenter und verlustbringender Betrieb der Verdrängungsmaschine vermieden werden kann.
-
Weiterhin kann gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung die Hybridantriebseinrichtung mit einem Nebenabtrieb des Antriebsmotors trieblich verbunden sein. Durch die Verbindung der Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung mit einem Nebenabtrieb des Antriebsmotors kann ebenfalls über die Verdrängermaschine ein als Boosterantrieb zur Unterstützung des laufenden Antriebsmotors und/oder ein hydraulischer Starter zum Starten des abgestellten Antriebsmotors im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion geschaffen werden. Hierbei kann ebenfalls eine Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, mit der die Verdrängermaschine vom Nebenabtrieb getrennt werden kann, um Verluste durch den dauernden Betrieb der Verdrängermaschine zu vermeiden.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
-
1 den Schaltplan einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung,
-
2 den Schaltplan einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung,
-
3 den Schaltplan einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung,
-
4 eine Ausführungsform der 1 mit einer alternativen Ausführungsform einer Ventileinrichtung der Hybridantriebseinrichtung,
-
5 eine Ausführungsform der 1 mit einer alternativen Ausführungsform einer Ventileinrichtung der Hybridantriebseinrichtung und
-
6a bis 6e verschiedene Ausführungsformen eines Fahrzeugs mit einem eine erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung umfassenden Antriebsstrang.
-
In den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung H dargestellt. In den 1 bis 5 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
-
Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung H besteht aus einer einzigen hydrostatischen Verdrängermaschine 1, die im offenen Kreislauf betrieben ist und bei gleicher Drehrichtung sowie gleicher Durchflussrichtung eines Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung H ist die Verdrängermaschine als einfach aufgebautes Zweiquadrantentriebwerk ausgebildet, das bei gleicher Drehrichtung und gleicher Durchflussrichtung des Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist.
-
Die Verdrängermaschine 1 weist eine auslassseitige Förderseite F auf, an die eine Förderleitung 2 angeschlossen ist, die zu einer Hochdruckspeichervorrichtung 3 geführt. Die Hochdruckspeichervorrichtung 3 bildet den einzigen Verbraucher der Verdrängermaschine 1, so dass die Verdrängermaschine 1 im Pumpenbetrieb ausschließlich Druckmittel in die Hochdruckspeichervorrichtung 3 fördert. In der Förderleitung 3 ist ein in Richtung zur Hochdruckspeichervorrichtung 3 öffnendes Sperrventil 5 angeordnet. Das Sperrventil 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil ausgebildet. In der von der Förderseite F der Verdrängungsmaschine 1 zu der Hochdruckspeichervorrichtung 3 geführten Förderleitung 2 ist neben dem Sperrventil 5 kein weiteres Ventil angeordnet.
-
Von der Förderleitung 2 zweigt zwischen der Förderseite F der Verdrängermaschine 1 und dem Sperrventil 5 und somit stromauf des Sperrventils 5 eine Zweigleitung 6 ab, die mit einer Niederdruckspeichervorrichtung 7 verbunden ist.
-
An eine einlassseitige Saugseite S der Verdrängermaschine 1 ist eine mit der Niederdruckspeichervorrichtung 7 in Verbindung stehende Ansaugleitung 8 angeschlossen, in der ein in Richtung zu der Niederdruckspeichervorrichtung 7 sperrendes Sperrventil 9 angeordnet ist. Das Sperrventil 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil ausgebildet.
-
An die Ansaugleitung 8 ist zwischen der Saugseite S der Verdrängermaschine 1 und dem Sperrventil 9 und somit stromab des Sperrventils 9 eine Entladeleitung 10 angeschlossen, die mit der Hochdruckspeichervorrichtung 3 verbunden ist.
-
Die Verdrängermaschine 1 weist eine Triebwelle 11, über die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 ein Drehmoment aus einem Antriebsstrang zum Antrieb der Verdrängermaschine 1 aufgebracht werden kann bzw. über die im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 von der Verdrängungsmaschine 1 ein Drehmoment in einen Antriebstrang eingeleitet werden kann.
-
Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung H umfasst weiterhin eine Ventileinrichtung 15, die die Entladeleitung 10 und die Zweigleitung 6 ansteuert.
-
Im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 ist mittels der Ventileinrichtung 15 die Entladeleitung 10 und die Zweigleitung 6 absperrt, so dass die Verdrängermaschine 1 im Pumpenbetrieb mit einer Saugseite S Druckmittel über die Ansaugleitung 8 und das sich öffnende Sperrventil 9 ansaugt und dieses an der Förderseile F über die Förderleitung 2 und das sich öffnende Sperrventil 5 in den Hochdruckspeichervorrichtung 3 fördert und diesen mit Druckmittel lädt.
-
Im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 ist mittels der Ventileinrichtung 15 die Entladeleitung 10 und die Zweigleitung 6 auf Durchfluss aufgesteuert. Im Motorbetrieb wird somit die Verdrängermaschine 1 von über die Saugseite S, die über die geöffnete Entladeleitung 10 mit der Hochdruckspeichervorrichtung 3 verbunden ist, zugeführtem und unter Druck stehendem Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 3 angetrieben. Die Förderseite F der Verdrängermaschine 1 ist im Motorbetrieb über die geöffnete Zweigleitung 6 mit der Niederdruckspeichervorrichtung 7 verbunden, so dass ein Rücklauf des die Verdrängermaschine 1 antreibenden Druckmittels der Hochdruckspeichervorrichtung 3 über die Förderleitung 2 und die geöffnete Zweigleitung 6 zu der Niederdruckspeichervorrichtung 7 erzielt wird. Im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 sichert das in Richtung zur Förderseite F sperrende Sperrventil 5 in der Förderleitung 2 den Rücklauf des Druckmittels aus der Hochdruckspeichervorrichtung 3 zur Förderseite F der Verdrängermaschine 1 ab. Das in Richtung zur Niederdruckspeichervorrichtung 7 sperrende Sperrventil 9 in der Ansaugleitung 8 verhindert im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 das Abströmen des Druckmittels der Hochdruckspeichervorrichtung 3 bei geöffneter Entladeleitung 10 in die Niederdruckspeichervorrichtung 7.
-
Der Hochdruckspeichervorrichtung 3 ist weiterhin ein Druckbegrenzungsventil 16 zugeordnet, das den Speicherladedruck absichert.
-
In den 1, 2, 4 und 5 ist die Hochdruckspeichervorrichtung 3 als Druckspeicher 3a, insbesondere Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet. Der Druckspeicher 3a steht unter einer Vorspannung, beispielsweise einer Gasvorspannung.
-
Die Niederdruckspeichervorrichtung 7 der 1, 4 und 5 ist als Behälter 7a ausgebildet. Der Behälter 7a der 1, 4 und 5 ist als nicht-vorgespannte Behälter ausgebildet, der mit der Umgebung und somit mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
-
Zum Erfassen des in der Hochdruckspeichervorrichtung 3 anstehenden Speicherladedruckes ist eine Sensoreinrichtung 17 vorgesehen, die mit einer elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht.
-
Die Ventileinrichtung 15 ist elektrisch betätigbar und steht zur Betätigung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung.
-
In den 1 bis 5 ist die Verdrängermaschine 1 als im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk ausgebildet. Die Verdrängermaschine ist einseitig verstellbar, wobei eine Verdrängervolumenstelleinrichtung 1a der Verdrängermaschine 1, beispielsweise eine in der Neigung verstellbare Schrägscheibe bei der Ausführung der Verdrängermaschine als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen, bevorzugt einer Stellung mit Verdrängervolumen Null, in eine Stellrichtung in Richtung eines maximalen Verdrängervolumens verstellbar ist.
-
Die Verdrängermaschine 1 ist elektrisch oder elektro-hydraulisch, insbesondere elektro-proportional, im Verdrängervolumen steuerbar. Hierzu ist die Verdrängervolumenstelleinrichtung 1a der Verdrängermaschine 1 mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 1b elektrisch ansteuerbar bzw. betätigbar, die zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht. Alternativ kann die Verdrängermaschine 1 hydraulisch im Verdrängervolumen gesteuert sein.
-
In den 1 bis 3 ist die elektrisch betätigbare Ventileinrichtung 15 als Zweistellungs-Vieranschlussventil 20 ausgebildet ist, an das die Zweigleitung 6 und die Entladeleitung 10 angeschlossen sind. Das in der Zweigleitung 6 und der Entladeleitung 10 angeordnete Zweistellungs-Vieranschlussventil 20 weist eine Sperrstellung 20a auf, in der die Zweigleitung 6 und die Entladeleitung 10 abgesperrt sind, und eine Durchflussstellung 20b auf, in der die Zweigleitung 6 und die Entladeleitung 10 geöffnet sind.
-
Das Zweistellungs-Vieranschlussventil 20 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 als Schaltventil ausgebildet.
-
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Zweistellungs-Vieranschlussventil 20 mittels einer Federeinrichtung 21 in die Sperrstellung 20a betätigt und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 22, beispielsweise einem Schaltmagnet, die zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht, in die Durchflussstellung 20b betätigbar.
-
In der 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Niederdruckspeichervorrichtung 7 als Druckspeicher 7b, ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Druckspeicher 7b als vorgespannter Behälter ausgebildet, beispielsweise als pneumatisch vorgespannter Behälter. Alternativ kann der Druckspeicher 7b als Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet ist. Die Vorspannung des Druckspeichers 7b ist bevorzugt auf ein niedriges Druckniveau im Bereich von 2 bis 10 bar eingestellt, das unter der Vorspannung des Druckspeichers 3a liegt. An den Druckspeicher 7b sind die Ansaugleitung 8 und die Zweigleitung 6 angeschlossen.
-
In der 2 ist weiterhin eine Leckölleitung 1c der Verdrängermaschine 1 dargestellt, die mit der Niederdruckspeichervorrichtung 7 verbunden ist. Im Betrieb der Verdrängermaschine 1 innerhalb eines Gehäuses der Verdrängermaschine 1 anfallendes Lecköl kann somit in die Niederdruckspeichervorrichtung 7 abgeführt werden.
-
In der 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Funktion der Hochdruckspeichervorrichtung 3 und der Niederdruckspeichervorrichtung 7 von einem Doppelkolbenspeicher 30 gebildet wird.
-
Der Doppelkolbenspeicher 30 weist ein Gehäuse 31 auf, in dem zwei Kolben 32, 33 längsverschiebbar angeordnet sind. Die beiden Kolben 32, 33 sind über ein Verbindungsmittel 34, beispielsweise eine Kolbenstange, miteinander starr verbunden. Zwischen den beiden Kolben 32, 33 ist das Gehäuse 31 mit einer Trennwand 35 versehen, durch die das Verbindungsmittel 34 hindurchgeführt ist. Das Verbindungsmittel 34 ist in der Trennwand 35 auf nicht näher dargestellte Weise abgedichtet. Die Innenstirnseiten der beiden Kolben 32, 33 begrenzen mit dem Gehäuse 30 und der Trennwand 35 jeweils Druckräume 36, 37. Die Druckräume 36, 37 umgeben das Verbindungsmittel 34 und sind somit als kolbenstangenseitige Druckräume ausgebildet. Die Außenstirnseite des Kolbens 32 begrenzt mit dem Gehäuse 30 einen Druckraum 38, der entlüftet ist. Die Außenstirnseite des Kolbens 33 begrenzt mit dem Gehäuse 30 und einem Gehäusedeckel einen Druckraum 39, der unter einer Vorspannung steht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Vorspannung eine Gasvorspannung vorgesehen, beispielsweise N2.
-
Die Innenstirnseiten sowie die Außenstirnseite der beiden Kolben 32, 33 sind jeweils flächengleich.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Druckraum 36 des Doppelkolbenspeichers 30 die Hochdruckspeichervorrichtung 3, wozu der Druckraum 36 des Doppelkolbenspeichers 30 mit der Förderleitung 2 und der Entladeleitung 10 verbunden ist. Der Druckraum 37 des Doppelkolbenspeichers 30 bildet die Niederdruckspeichervorrichtung 7, wozu der Druckraum 37 des Doppelkolbenspeichers 30 mit der Zweigleitung 6 und der Ansaugleitung 8 verbunden ist.
-
Es versteht sich, dass der Doppelkolbenspeichers 30 auch an den beiden außenliegenden Druckräumen 39, 38 das Druckmittel aufnehmen bzw. abgeben kann. Hierzu ist beispielsweise der Druckraum 36 vorgespannt und die Hochdruckspeichervorrichtung 3 von dem Druckraum 39 gebildet, der mit der Förderleitung 2 und der Entladeleitung 10 verbunden ist. Der Druckraum 38 ist hierbei über einen Gehäusedeckel zu verschließen, so dass der Druckraum 38 als Niederdruckspeichervorrichtung 7 ausgebildet werden kann, der mit der Zweigleitung 6 und der Ansaugleitung 8 verbunden ist. Der Druckraum 37 ist dann zu entlüften.
-
Um einen Ausgleich des Lecköls der Verdrängermaschine 1 zu erzielen, ist bei der 3 ein Ausgleichsbehälter 40 vorgesehen, der mit der Ansaugleitung 8 verbunden ist. Das Rückschlagventil 9 ist hierbei zwischen dem Anschluss 41 des Ausgleichsbehälters 40 an die Ansaugleitung 8 und der Saugseite S der Verdrängermaschine 1 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ausgleichsbehälter 40 als vorgespannter Behälter ausgebildet, beispielsweise als pneumatisch vorgespannter Behälter. Alternativ kann der Ausgleichsbehälter 40 als Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet sein.
-
In der 3 ist in der von der Förderseite F der Verdrängungsmaschine 1 zu der Hochdruckspeichervorrichtung 3 geführten Förderleitung 2 ein Retarderventil 70 angeordnet. Das Retarderventil 70 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrisch im Einstelldruck einstellbares Druckventil ausgebildet, das zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht. Das Retarderventil 70 ermöglicht es, den Druck im Zulauf der Hochdruckspeichervorrichtung 3 entsprechend der gewünschten Bremsleistung einzustellen, falls in der Hochdruckspeichervorrichtung 3 noch kein ausreichender Ladedruck vorhanden ist.
-
In den 4 und 5 sind alternative Ausführungen der Ventileinrichtung 15 in aufgelöster Bauweise dargestellt.
-
In den 4 und 5 weist die Ventileinrichtung 15 ein erstes Steuerventil 50 auf, das die Entladeleitung 10 ansteuert, und ein zweites Steuerventil 55 auf, das die Zweigleitung 6 ansteuert.
-
Das erste Steuerventil 50 ist als Zweistellungs-Zweianschlussventil 51 ausgebildet, das in der Entladeleitung 10 angeordnet ist und eine Sperrstellung 50a und eine Durchflussstellung 50b aufweist. Die Sperrstellung 50a ist bevorzugt leckagedicht mit einem in der Sperrsteuerung wirksamen Sperrventil 50c, beispielsweise Rückschlagventil, das in Richtung zur Ansaugleitung 8 sperrt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zweistellungs-Zweianschlussventil 51 mittels einer Federeinrichtung 52 in die Sperrstellung 50a betätigt und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 53, beispielsweise einem Schaltmagnet, die zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht, in die Durchflussstellung 50b betätigbar.
-
Das Zweistellungs-Zweianschlussventil 51 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schaltventil ausgebildet.
-
In der 4 ist das zweite Steuerventil 55 ebenfalls als Zweistellungs-Zweianschlussventil 56 ausgebildet, das in der Zweigleitung 6 angeordnet ist und eine Sperrstellung 55a und eine Durchflussstellung 55b aufweist. Die Sperrstellung 55a ist bevorzugt leckagedicht mit einem in der Sperrsteuerung wirksamen Sperrventil 55c, beispielsweise Rückschlagventil, das in Richtung zur Niederdruckspeichervorrichtung 7 sperrt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zweistellungs-Zweianschlussventil 56 mittels einer Federeinrichtung 57 in die Sperrstellung 55a betätigt und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 58, beispielsweise einem Schaltmagnet, die zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht, in die Durchflussstellung 55b betätigbar.
-
Das Zweistellungs-Zweianschlussventil 56 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schaltventil ausgebildet.
-
In der 5 ist das zweite Steuerventil 55 als im Öffnungsdruck einstellbares Druckventil 59, insbesondere Druckbegrenzungsventil, ausgebildet. Zum Verändern und Einstellen des Öffnungsdruckes ist das Druckventil 59 mit einer elektrischen Betätigungseinrichtung 60, beispielsweise einem Schaltmagnet oder Proportionalmagnet, versehen, die zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht.
-
Es versteht sich, dass alternativ das erste Steuerventil 50 als im Öffnungsdruck einstellbares Druckventil ausgebildet werden kann und das zweite Steuerventil 55 als Zweistellungs-Zweianschlussventil 56. Zudem ist es möglich, das erste Steuerventil 50 und das zweite Steuerventil 55 jeweils als im Öffnungsdruck einstellbare Druckventile 59 auszubilden.
-
Es versteht sich, dass die Ausführungen der Ventileinrichtung 15 der 4 und 5 auch bei den Ausführungsformen der 2 und 3 anwendbar sind.
-
Weiterhin ist die Verwendung eines Retarderventils 70 nicht auf die Ausführungsform der 3 beschränkt, sondern kann auch in den Ausführungsformen der 1, 2, 4 oder 5 eingesetzt werden.
-
Die Verdrängermaschine 1 der Hybridantriebseinrichtung H der 1 bis 5 ist mittels der Triebwelle 11 mit einem nicht näher dargestellten Antriebsstrang trieblich verbunden bzw. trieblich verbindbar, um einen hybriden Antriebsstrang in Form eines parallelen Hybrid zu bilden.
-
Durch Antrieb der Verdrängermaschine 1 über die Triebwelle 11 arbeitet die Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb. Für den Pumpenbetrieb sind mittels der Ventileinrichtung 15 die Zweigleitung 6 und die Entladeleitung 10 abgesperrt. Die Ventileinrichtung 15 der 1 bis 3 ist in die Sperrstellung 20a angesteuert, die Steuerventile 50, 55 der Ventileinrichtung 15 der 4 in die Sperrstellungen 50a, 55a betätigt bzw. in der 5 das Steuerventil 50 der Ventileinrichtung 15 in die Sperrstellung 50a angesteuert und das als Druckventil 59 ausgebildete Steuerventil 55 auf einen maximalen Öffnungsdruck eingestellt.
-
Im Pumpenbetrieb saugt die über die Triebwelle 11 angetrieben Verdrängermaschine 1 Druckmittel über die Ansaugleitung 8 und das sich öffnende Sperrventil 9 aus der Niederdruckspeichervorrichtung 7 an und fördert das Druckmittel über die Förderleitung 2 und das sich öffnende Sperrventil 5 in die Hochdruckspeichervorrichtung 3. Das in Richtung zur Verdrängermaschine 1 schließende Sperrventil 5 in der Förderleitung 2 sichert den Rücklauf von Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 3 zur Förderseite F der Verdrängungsmaschine 1 ab.
-
Das Laden der Hochdruckspeichervorrichtung 3 kann hierbei in Betriebszuständen erfolgen, in denen ein Antriebsmotor des Antriebsstranges überschüssige Energie liefert, so dass das Laden und unter Druck Setzen der Hochdruckspeichervorrichtung 3 mit überschüssiger Energie erfolgt, die in bestimmten Betriebszuständen primärseitig an dem Antriebsmotor des Antriebsstranges anfällt. Alternativ oder zusätzlich kann das Laden der Hochdruckspeichervorrichtung 3 durch den Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine in einem Bremsbetrieb eines Verbrauchers des Antriebsstranges erfolgen, so dass der Hochdruckspeichervorrichtung 3 durch die Bremsenergie aufgeladen wird und eine Energierückgewinnung stattfindet. Bei einer Ausbildung des Verbrauchers als Fahrantrieb eines Fahrzeugs wird somit im Bremsbetrieb beim Verzögern der Fahrzeugmasse die Hochdruckspeichervorrichtung 3 mit Druckmittel unter Druck geladen. Entsprechende Betriebsstrategien zum Laden der Hochdruckspeichervorrichtung 3 sind in der elektronischen Steuereinrichtung 18 hinterlegt, die anhand entsprechender Eingangsgrößen Betriebszustände erfassen kann, in denen der Antriebsmotor überschüssige Energie liefert bzw. ein Bremsbetrieb des Verbrauchers erfolgt. Der Speicherladezustand der Hochdruckspeichervorrichtung 3 wird mittels der Sensoreinrichtung 17 überwacht. Bei der Ausführung der Verdrängungsmaschine 1 als im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk kann durch entsprechende Einstellung des Verdrängervolumens das aufzunehmende Drehmoment von der elektronischen Steuereinrichtung 18 beliebig eingestellt werden.
-
Sofern die Hochdruckspeichervorrichtung 3 voll geladen ist und dieser Zustand von der elektronischen Steuereinrichtung 18 detektiert wird, kann die in der Hochdruckspeichervoreinrichtung 3 gespeicherte Energie durch einen Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine 1 an den Antriebsstrang abgegeben werden, indem der Verdrängungsmaschine 1 an der Saugseite S Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 3 zugeführt wird. Im Motorbetrieb wird die Verdrängungsmaschine von dem Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 3 angetrieben und gibt über die Triebwelle 11 ein Drehmoment an den Antriebsstrang ab.
-
Für den Motorbetrieb sind mittels der Ventileinrichtung 15 die Zweigleitung 6 und die Entladeleitung 10 geöffnet und auf Durchfluss aufgesteuert. Die Ventileinrichtung 15 der 1 bis 3 ist hierzu in die Durchflussstellung 20b angesteuert, die Steuerventile 50, 55 der Ventileinrichtung 15 der 4 in die Durchflussstellungen 50b, 55b betätigt bzw. in der 5 das Steuerventil 50 der Ventileinrichtung 15 in die Durchflussstellung 50b angesteuert und das als Druckventil 59 ausgebildete Steuerventil 55 auf einen minimalen Öffnungsdruck eingestellt.
-
Im Motorbetrieb wird somit der Verdrängermaschine 1 an der Saugseite S über die geöffnete Entladeleitung 10 unter Druck stehenden Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 3 zugeführt, so dass die Verdrängermaschine 1 ein aus dem Speicherladedruck und dem eingestellten Verdrängervolumen resultierendes Drehmoment an der Triebwelle 11 abgibt und in den Antriebsstrang einspeist. Das Sperrventil 9 in der Ansaugleitung 8 verhindert hierbei ein Abströmen des Druckmittels aus der Hochdruckspeichervorrichtung 3 in die Niederdruckspeichervorrichtung 7. Die Förderleitung 2 der Verdrängermaschine 1 ist über die geöffnete Zweigleitung 6 mit der Niederdruckspeichervorrichtung 7 verbunden, so dass ein Rücklauf des die Verdrängungsmaschine antreibenden Druckmittels der Hochdruckspeichervorrichtung 3 in die Niederdruckspeichervorrichtung 7 ermöglicht wird. Bei der Ausführung der Verdrängungsmaschine 1 als im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk kann durch entsprechende Einstellung des Verdrängervolumens das abgegebene Drehmoment von der elektronischen Steuereinrichtung 18 beliebig eingestellt werden.
-
Durch den Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 kann bei laufendem Antriebsmotor ein den Antriebsmotor unterstützendes Drehmoment in den Antriebsstrang abgegeben werden, um eine Boostfunktion zu erzielen. Alternativ oder zusätzlich kann durch den Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 ein hydraulischer Starter für einen Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors des Antriebsstranges gebildet werden, der den abgestellten Antriebsmotor 1 innerhalb einer kurzen Zeitspanne starten kann.
-
Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung H, bei dem die Hochdruckspeichervorrichtung 3 den einzigen Verbraucher der Verdrängermaschine bildet, ermöglicht eine kompakten, einfachen sowie kostengünstigen Aufbau, da die Ansaugleitung 8, die Förderleitung 2, die Zweigleitung 6 sowie die Entladeleitung 10 der 1 bis 5 in einem Gehäuse als Kanäle ausgebildet werden können, in dem die Ventileinrichtung 15 angeordnet ist und an das die Hochdruckspeichervorrichtung 3 sowie die Niederdruckspeichervorrichtung 7 angeschlossen ist, wobei das Gehäuse direkt an eine Flanschfläche eines Gehäuses der Verdrängermaschine 1 angebaut werden kann, die mit Anschlüsse versehen ist, die die Saugseite S und die Förderseite F der Verdrängermaschine 1 bilden.
-
Zudem stellt die Erfindung ein robuste und funktionssicher arbeitende hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H zur Verfügung, wodurch sich besondere Vorteile im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors des Antriebsstranges ergeben, bei denen aufgrund einer hohen Anzahl von Startvorgängen eine robuste und funktionssichere Ausführung des Starters des Antriebsmotors erforderlich ist.
-
Durch die Ausführung der Verdrängermaschine 1 als im offenen Kreislauf betriebene Verdrängermaschine, die bei gleicher Drehrichtung der Triebwelle 11 und gleicher Durchflusssrichtung des Druckmittels sowohl als Pumpe als auch als Motor arbeiten kann, ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Verdrängermaschine 1. Bei der Ausführung der Verdrängermaschine 1 als im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk werden hierdurch besondere Vorteile hinsichtlich eines einfachen, kompakten und kostengünstigen Aufbaus erzielt, da lediglich ein einseitig verstellbares Verstelltriebwerk erforderlich ist, deren Verstellung der Verdrängervolumenstelleinrichtung einfach und kompakt aufgebaut ist, so dass sich ein kostengünstiger und kompakter Aufbau der als Verstelltriebwerk ausgeführten Verdrängermaschine ergibt.
-
Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H der 1 bis 5 ermöglicht aufgrund der kompakten und einfachen Bauweise beliebige Einbaumöglichkeiten in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, die in den 6a bis 6e verdeutlicht sind. In den 6a bis 6e ist die hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H vereinfacht dargestellt, wobei lediglich die Verdrängermaschine 1 und die Hochdruckspeichervorrichtung 3 dargestellt sind.
-
In den 6a bis 6e ist der Antriebsstrang A eines Fahrzeugs dargestellt, der einen Antriebsmotor AM, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, und einem von dem Antriebsmotor AM angetrieben Verbraucher V umfasst. In den 6a bis 6e ist durch Integration der erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung H ein Parallelhybrid gebildet, bei dem die Hybridantriebseinrichtung H zusätzlich zu dem Antriebsmotor AM als Energiequelle auf den Antriebsstrang A wirkt. Als Antriebsmotor AM kann alternativ ein Elektromotor oder eine Turbine vorgesehen werden.
-
In den 6a bis 6e ist der Verbraucher V des Fahrzeugs als Fahrantrieb ausgebildet, der eine von einem Getriebe G angetriebene Antriebsachse AA mit zumindest zwei angetriebenen Antriebsrädern A1, A2 umfasst. Die Antriebsachse AA ist als Differentialachse ausgebildet, wobei eine Antriebswelle AW des Antriebsstranges A ein Differential D der Antriebsachse AA antreibt und das Differential D über Triebwellen TW1, TW2 mit den angetrieben Rädern A1, A2 verbunden ist.
-
Das in den 6a bis 6e dargestellte Getriebe G kann als stufenloses hydrostatisches Getriebe, als mechanisches Schaltgetriebe, als Lastschaltgetriebe oder als hydrodynamischer Wandler ausgebildet sein.
-
In den 6a bis 6c ist die Hybridantriebseinrichtung H im Antriebsstrang A im direkten Durchtrieb angeordnet. Hierbei erfolgt an der Verdrängermaschine 1 ein Durchtrieb, so dass die Triebwelle 11 der Verdrängermaschine 1 einen Bestandteil der Antriebswelle AW des Antriebsstranges A bildet.
-
In der 6a ist die Hybridantriebseinrichtung H im Antriebsstrang A zwischen dem Antriebsmotor AM und dem Getriebe G angeordnet. Die Antriebswelle AW des Antriebsstranges A ist zwischen der Hybridantriebseinrichtung H und dem Getriebe G mit einer Kupplungseinrichtung K1 versehen.
-
Die 6b zeigt eine Weiterbildung der 6a, wobei an der Antriebswelle AW des Antriebsstranges A zwischen dem Antriebsmotor AM und der Hybridantriebseinrichtung H eine weitere Kupplungseinrichtung K2 angeordnet ist.
-
In der 6c ist die Hybridantriebseinrichtung H im Antriebsstrang A zwischen dem Getriebe G und dem Verbraucher V angeordnet ist. Die Antriebswelle AW des Antriebsstranges A ist zwischen dem Getriebe G und der Hybridantriebseinrichtung H mit einer Kupplungseinrichtung K1 versehen.
-
In der 6d ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Fahrzeug neben der Antriebsachse AA, die über den Antriebsstrang A von dem Antriebsmotor AM angetrieben ist, eine Zusatzachse ZA aufweist, wobei die Hybridantriebseinrichtung H mit der Zusatzachse ZA des Fahrzeugs trieblich verbunden ist. Die Zusatzachse ZA ist als Differentialachse ausgebildet, wobei die Verdrängermaschine 1 der Hybridantriebseinrichtung H mittels der Triebwelle 11 ein Differential DZ der Zusatzachse ZA antreibt und das Differential DZ über Triebwellen TW3, TW4 mit den Rädern A3, A4 der Zusatzachse ZA verbunden ist. Im Kraftfluss zwischen der Verdrängermaschine 1 der Hybridantriebseinrichtung H und der Zusatzachse ZA ist eine Kupplungseinrichtung K3 angeordnet.
-
In der 6e ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Hybridantriebseinrichtung H über ein Verlagerungsgetriebe VG mit dem Antriebsstrang A verbunden ist. Das Verlagerungsgetriebe VG ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Stirnradgetriebe ausgebildet, das ein mit der Antriebwelle AW in Verbindung stehendes Stirnrad S1 und ein mit dem Stirnrad S1 kämmendes Stirnrad S2 umfasst, das mit der Triebwelle 11 der Verdrängermaschine 1 verbunden ist. Durch das Verlagerungsgetriebe VG wird es ermöglicht, die Verdrängermaschine 1 mit der Triebwelle 11 parallel beabstandet zur Antriebswelle AW des Antriebsstranges A anzuordnen. In der 6e ist weiterhin eine Kupplungseinrichtung K4 vorgesehen, mittels der die Hybridantriebseinrichtung H mit dem Antriebsstrang A verbindbar bzw. von dem Antriebsstrang A trennbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplungseinrichtung K4 zwischen der Antriebwelle AW des Antriebsstranges A und dem Stirnrad S1 des Verlagerungsgetriebes VG angeordnet.
-
In der 6e ist die Hybridantriebseinrichtung H in dem Antriebsstrang A zwischen dem Antriebsmotor AM und der Kupplungseinrichtung K1 integriert und somit die Hybridantriebseinrichtung H im Antriebsstrang A zwischen dem Antriebsmotor AM und dem den Verbraucher V antreibenden Getriebe G gemäß der 6a angeordnet. Es versteht sich, dass die Anbindung der Hybridantriebseinrichtung H an den Antriebsstrang A mittels des Verlagerungsgetriebes VG analog bei den Varianten 6b bis 6d eingesetzt werden kann.
-
Wie aus den 6a bis 6e verdeutlicht ist, kann die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H aufgrund der kompakten und einfachen Bauweise auf einfache Weise an einer beliebigen Stelle in einem Antriebsstrang als weitere Energiequelle eingebaut werden, um einen Parallelhybrid zu bilden. Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H kann daher auf einfache Weise an unterschiedliche Antriebsstränge und unterschiedliche Fahrzeuge angepasst werden. Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H ist mit unterschiedlichen Getrieben G kombinierbar.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2007/071362 A1 [0008, 0008]
