DE102015215818A1 - Antriebsstrang eines Mobilfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Ein Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor (1) mit Abgasturbolader auf, welcher über ein Leistungsverzweigungsgetriebe (2) ein Fahrzeugrad (3) antreibt. Ein weiterer Motor (4) wird immer dann im Antriebsstrang zugeschaltet, um Drehmoment in den Antriebsstrang abzugeben, wenn eine erhöhte Drehmomentanforderung am Verbrennungsmotor (1) anliegt, jedoch der Abgasturbolader noch nicht den benötigten Ladedruck erzeugt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsstrang für ein Mobilfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Die DE 10 2009 001 602 A1 offenbart einen gattungsgemäßen Antriebsstrang eines Mobilfahrzeugs, bei welchem ein Verbrennungsmotor über ein hydrostatischmechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe einen Abtrieb antreibt. Zusätzlich steht der Verbrennungsmotor mit einem Hydraulikmotor, welcher auch als Pumpe betreibbar ist, in Wirkverbindung. Wird dieser Hydraulikmotor als Pumpe verwendet, so kann hydraulischer Druck in einer Speichereinrichtung gespeichert werden. Wird dieser hydraulische Druck zum Antrieb des hydraulischen Motors benötigt, so kann dieser hydraulische Druck aus der Speichereinrichtung dem hydraulischen Motor zugeführt werden, wodurch dieser Leistung in den Antriebsstrang abgibt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang eines Mobilfahrzeugs zu schaffen, bei welchem der weitere Motor im Antriebsstrang bestmöglichst in einer Arbeitsmaschine einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird mit einem auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Antriebsstrang eines Mobilfahrzeugs gelöst.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Verbrennungsmotore, insbesondere Dieselmotore, mit einem Abgasturbolader in Folge der einzuhaltenden Abgasvorschriften beim Erhöhen der Leistungsanforderung nicht mit der benötigten Kraftstoffeinspritzmenge versorgt werden, sondern diese während der Hochlaufzeit des Abgasturboladers reduziert wird, um die Abgasemissionen nicht unzulässig zu erhöhen. Erst wenn der Abgasturbolader hochgelaufen ist und die entsprechende Drehzahl aufweist, steht ausreichend Ladedruck zur Verfügung, so dass die benötigte Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzt werden kann, ohne dass die Abgasemissionen in unzulässige Bereiche eindringen. Insbesondere Dieselverbrennungsmotore mit Abgasturbolader, welche kleinere Hubräume aufweisen, haben den Nachteil, dass die Zeitdauer, die sogenannte T90-Zeit, bis der Motor aus einem unbelasteten Zustand 90 % seines maximalen Drehmoments zur Verfügung stellen kann, für die Verwendung insbesondere in einer Arbeitsmaschine, wie einem Radlader, zulange dauert. Insbesondere bei der Verwendung von leistungsverzweigten Getrieben, welche einen mechanischen Leistungszweig und einen stufenlos verstellbaren Leistungszweig, insbesondere einen hydrostatischen Leistungszweig oder elektrischen Leistungszweig, aufweisen, werden diese Dieselmotoren mit Abgasturbolader und kleinerem Hubraum verstärkt verwendet.
  • Erfindungsgemäß verbessert die Erfindung den dynamischen Drehmomentaufbau des Verbrennungsmotors. In Mobilfahrzeugen ist auf dem CAN Bus das aktuelle Motormoment enthalten. Beim Lastwechsel, beispielsweise dem Gas- oder Fahrpedal, oder von einem anderem Verbraucher, springt des Motormoment auf den Wert der Saugkurve, welche sich im Bereich 55%–65 % vom statischen Moment bei dieser aktuellen Drehzahl befindet. Hierbei kann zusätzlich eine Drehzahlerhöhung gefordert werden, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Drehzahlanforderung gleich bleibt. Somit besteht die Möglichkeit, dass der Motor hochlaufen soll oder die aktuelle Drehzahl halten soll. Höheres Drehmoment kann der Verbrennungsmotor erst erzeugen, wenn der Turbolader hochgelaufen ist. Ist nun das aktuell verfügbare Drehmoment vom Motor geringer, als das von den Verbrauchern angeforderte Drehmoment, wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors abfallen. Die Dauer für den Drehmomentaufbau vom Motor ist die sog. T90 Zeit, das ist die Zeit bis 90 % vom statistischen Moment erreicht sind. Die Regelgröße für die Unterstützung durch den weiteren Motor, auch Hybridmotor genannt, ist somit die Solldrehzahl des Dieselmotors. Wird der Sollwert bzw. der Sollwertverlauf nicht erreicht, soll der weitere Motor unterstützen.
  • Erfindungsgemäß weist deshalb der Antriebsstrang einen weiteren Motor auf, welcher immer dann seine Leistung in den Antriebsstrang abgibt, wenn am Verbrennungsmotor eine erhöhte Leistungsanforderung anliegt, jedoch der Abgasturbolader Zeit zum Hochlaufen benötigt und der benötigte Ladedruck des Abgasturboladers noch nicht zur Verfügung steht. Indem der weitere Motor hier seine Leistung an den Antriebsstrang abgibt, kann diese Verzögerung reduziert werden und das Fahrzeug wirkt auf den Fahrer erheblich dynamischer. Insbesondere bei Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Radlader, fordert neben dem Fahrantrieb auch die Arbeitshydraulik Drehmoment vom Verbrennungsmotor ab, wodurch während eines Arbeitszyklusses die Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor sehr stark schwankt. Durch die Verwendung des weiteren Motors, kann diese Drehmomentanforderung im Sinne eines Dynamikgewinns befriedigt werden.
  • Vorzugsweise wird als weiterer Motor ein hydraulischer Motor verwendet, welcher als Motor oder als Pumpe verwendbar ist und vorzugsweise in seinem Hubvolumen verstellbar ausgeführt ist. Dieser hydraulische Motor wirkt mit einer hydraulischen Speichereinrichtung zusammen, wodurch große Leistungen schnell gespeichert und wieder entnommen werden können. Es besteht die Möglichkeit, die Speichereinrichtung als Hochdruckspeicher auszubilden und den weiteren Motor als Hydraulikmotor im offenen Kreislauf zu betreiben. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Speichereinrichtung aus einem Hochdruckspeicher und einem Niederdruckspeicher auszuführen und den weiteren Motor als hydraulischen Motor im geschlossenen Kreislauf zu betreiben. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den weiteren Motor als elektrischen Motor, welcher als Motor und Generator betreibbar ist, auszuführen. Hierfür wirkt der elektrische Motor mit einer elektrischen Speichereinrichtung zusammen.
  • Um die Energie im Speicher zu speichern, wird bei der Verwendung des Antriebsstrangs in einer Arbeitsmaschine, wie beispielsweise einem Radlader oder einer Landmaschine, die Energie beim Abbremsen des Fahrzeugs vor dem Reversiervorgang verwendet. Insbesondere bei Radladern sind die Reversiervorgänge in zwei Phasen unterteilt, wobei eine erste Phase oberhalb eines zuvor definierten Geschwindigkeitsniveaus stattfindet und eine zweite Phase unterhalb dieses zuvor definierten Geschwindigkeitsniveaus bis zur Geschwindigkeit Null stattfindet. In der ersten Phase wird das Fahrzeug bis zur zuvor definierten Geschwindigkeit ohne Betätigen der Reversierkupplungen abgebremst und in der zweiten Phase wird das Fahrzeug mittels der rutschenden Reversierkupplungen abgebremst und anschließend wieder beschleunigt. Das Aufladen der Speichereinrichtung mittels des weiteren Motors findet in der ersten Phase, somit der Abbremsphase, ohne Beteiligung der Reversierkupplungen statt.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der weitere Motor in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor. Vorzugsweise ist zwischen dem weiteren Motor und dem Verbrennungsmotor ein Untersetzungsgetriebe angeordnet, welches die Drehzahl des Verbrennungsmotors ins Schnelle übersetzt, so dass der weitere Motor eine höhere Drehzahl aufweist als der Verbrennungsmotor. Dadurch besteht die Möglichkeit den weiteren Motor in seiner Baugröße zu verkleinern.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird die Speichereinrichtung mit Energie versorgt, indem der weitere Motor die Speichereinrichtung dann mit Energie versorgt, wenn sich das Fahrzeug im Zugbetrieb befindet und der Verbrennungsmotor in der Nähe seines Bestverbrauches betrieben wird und zusätzlich der Verbrennungsmotor in diesem Betriebspunkt Drehmomentreserven aufweist.
  • Um das Zuschalten des weiteren Motors zu steuern, weist der Antriebsstrang eine Steuereinheit auf, welche die Zustände für den erhöhten Drehmomentbedarf aus Daten des Getriebesteuergerätes und der Elektronik des Verbrennungsmotors erkennt und in Abhängigkeit dieser Daten den weiteren Motor so ansteuert, dass dieser das notwendige Unterstützungsdrehmoment für den Verbrennungsmotor bereitstellt. In einer weiteren Ausgestaltungsform sind zusätzlich zu diesen Daten Informationen aus dem Antrieb der Arbeitshydraulik des Fahrzeugs verfügbar, wobei diese Daten zusätzlich in die Ermittlung des notwendigen Unterstützungsdrehmomentes des Verbrennungsmotors einfließen.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform wird der weitere Motor zur Unterstützung des Dieselmotors dann zugeschaltet, wenn das Fahrzeug sich im Schubbetrieb befindet, somit der Verbrennungsmotor über seiner Soll-Drehzahl betrieben wird und die Einspritzmenge des Verbrennungsmotors auf Null eingeregelt ist. Dies findet hauptsächlich bei Dieselmotoren in Arbeitsmaschinen, welche drehzahlgeregelt sind, statt. Die Steuerung für den weiteren Motor bestimmt das Unterstützungsdrehmoment des weiteren Motors so, dass der Verbrennungsmotor im Schub verbleibt und keinen Kraftstoff einspritzt. Das benötigte Unterstützungsdrehmoment wird in diesem Betriebszustand ausschließlich vom weiteren Motor befriedigt.
  • Damit der weitere Motor entweder die Speichereinrichtung mit Energie versorgen kann oder den Verbrennungsmotor mit Leistungsabgabe unterstützen kann, werden Daten aus dem Getriebesteuergerät über den aktuellen Betriebszustand, den Reversiervorgang und Daten vom Verbrennungsmotor ausgewertet und entsprechend der weitere Motor angesteuert. Indem der weitere Motor immer dann den Verbrennungsmotor unterstützt, wenn dieser nicht schnell genug den gewünschten Drehmomentaufbau leisten kann, besteht die Möglichkeit, einen als Dieselmotor mit Abgasturbolader und kleinem Hubvolumen ausgeführten Verbrennungsmotor zu verwenden, ohne dass das Fahrzeug seine Dynamik einbüßt.
  • Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
  • Die einzige Figur zeigt einen Verbrennungsmotor 1, welcher über ein Leistungsverzweigungsgetriebe 2 ein Fahrzeugrad 3 antreibt. Ein weiterer Motor 4, welcher als hydraulischer Motor ausgeführt ist und in seinem Hubvolumen verstellbar ausgeführt ist, steht über ein Untersetzungsgetriebe 5 mit dem Verbrennungsmotor 1 in Wirkverbindung. Das Untersetzungsgetriebe 5 ist so ausgelegt, dass die Drehzahl des weiteren Motors 4 höher ist als die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 2 ist wie das Getriebe der DE 10 2009 001 602 A1 aufgebaut.
  • Wird eine Erhöhung der Leistungsanforderung an dem Verbrennungsmotor 1 detektiert, welche beispielsweise aus einer Veränderung des Fahrpedals oder einer Anforderung aus der Arbeitshydraulik resultieren kann, so wird der weitere Motor 4 in Abhängigkeit der Veränderung der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 1 zugeschaltet. Verändert sich die Leistungsabgabe, insbesondere das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 nur langsam, die Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor 1 weist jedoch einen großen Unterschied auf, so wird der weitere Motor 4 so zugeschaltet, dass dieser ein hohes Drehmoment abgibt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Leistungsverzweigungsgetriebe
    3
    Fahrzeugrad
    4
    weiterer Motor
    5
    Untersetzungsgetriebe
  • 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
    • DE 102009001602 A1 [0002, 0016]

Claims (12)

  1. Antriebsstrang eines Mobilfahrzeugs, bei welchem ein Verbrennungsmotor (1) über ein Getriebe (2) mindestens ein Fahrzeugrad (3) antreibt und mit einem weiteren Motor (4), dessen Leistung in den Leistungspfad vom Verbrennungsmotor (1) zum Fahrzeugrad (3) zuschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des weiteren Motors (4) dann in den Leistungspfad vom Verbrennungsmotor (1) zum Fahrzeugrad (3) im Sinne einer Leistungsabgabe zuschaltbar ist, wenn eine Drehzahlvorgabe an den Verbrennungsmotor (1) die tatsächliche Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) überschreitet.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltdauer des weiteren Motors (4) von der Abgasemission oder einer Differenz der tatsächlichen Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) zur Drehzahlvorgabe des Verbrennungsmotors (1) oder dem Verlauf des Drehmomentes des Verbrennungsmotors (1) abhängt.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) als ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem mechanischen Leistungszweig und einem stufenlos verstellbaren Leistungszweig ausgeführt ist.
  4. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Motor (4) ein Hydraulikmotor ist, welcher auch als Pumpe betreibbar ist.
  5. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Motor (4) ein elektrischer Motor ist, welcher auch als Generator betreibbar ist.
  6. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Motor (4) direkt oder über eine Getriebeübersetzung (5) mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors (1) in Verbindung steht, wobei die Getriebeübersetzung (5) so ausgeführt ist, dass der weitere Motor (4) eine höhere Drehzahl aufweist als der Verbrennungsmotor (1).
  7. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Motor (4) ein Hydraulikmotor ist, welcher im offenen Hydraulikkreislauf mit einem Hochdruckspeicher betreibbar ist oder im geschlossenen Hydraulikkreislauf mit einem Hochdruckspeicher und einem Niederdruckspeicher betreibbar ist.
  8. Verwendung des Antriebsstrangs nach Anspruch 1 in einer Arbeitsmaschine, insbesondere einem Radlader.
  9. Verfahren zum Zuschalten eines weiteren Motors (4) im Sinne einer Leistungsabgabe in einen Antriebsstrang, beinhaltend einen Verbrennungsmotor (1), welcher mindestens ein Fahrzeugrad (3) antreibt, umfassend die Verfahrensschritte – Detektieren einer Drehzahlvorgabe des Verbrennungsmotors (1), – Detektieren einer tatsächlichen Drehzahl des Verbrennungsmotors (1), – Zuschalten des weiteren Motors (4) im Sinne einer Leistungsabgabe des weiteren Motors (4) in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Drehzahl und einer Drehzahlvorgabe des Verbrennungsmotors (1).
  10. Verfahren zum Zuschalten eines weiteren Motors (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie zum Betreiben des weiteren Motors (4) durch Betreiben des weiteren Motors (4) als Pumpe oder Generator während einer Bremsphase vor einer Kupplungsreversierphase stattfindet.
  11. Verfahren zum Zuschalten eines weiteren Motors (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie zum Betreiben des weiteren Motors (4) durch Betreiben des weiteren Motors (4) als Pumpe oder Generator während dem Betrieb des Verbrennungsmotors (1) in der Nähe seines Bestpunktes stattfindet, wobei der Verbrennungsmotor (1) in diesem Betriebspunkt über Drehmomentreserven verfügt.
  12. Verfahren zum Zuschalten eines weiteren Motors (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Zuschaltung des weiteren Motors (4) einer Zeit entspricht, bei welcher der Verbrennungsmotor 90% seines Statistischen Drehmoments erreicht hat.
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