DE102015224805A1 - Hybrid powertrain with multiple drive components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug mit zwei miteinander drehmomentweitergebend koppelbaren Verbrennungskraftmaschinen (2, 3), die zum Drehmomentweitergeben einerseits an ein hybridisiertes Getriebe (4) mit einer Elektromaschine (5) und einem Getriebe (6) und andererseits zum Drehmomentweitergeben an einen Nebentrieb (7) ausgelegt und vorbereitet sind, wobei die beiden Verbrennungskraftmaschinen (2, 3) zum Betrieb bei zueinander unterschiedlichen Drehzahlen ausgelegt und vorbereitet sind.The invention relates to a drive train (1) for a motor vehicle having two internal combustion engines (2, 3) which can be coupled together for torque transmission to a hybridized transmission (4) with an electric machine (5) and a transmission (6) and to torque transmission on the one hand to a secondary engine (7) are designed and prepared, wherein the two internal combustion engines (2, 3) are designed and prepared for operation at mutually different speeds.
Description
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit zwei miteinander drehmomentweitergebend koppelbaren Verbrennungskraftmaschinen, die zum Drehmomentweitergeben einerseits an ein (hybridisiertes) Hybridmodul mit einer Elektromaschine und einem bspw. nachgeschalteten Getriebe und andererseits zum Drehmomentweitergeben an einen Nebentrieb, etwa umfassend einen Klimakompressor, eine Pumpe, einen Lader, ein Endlostriebmittel, einen Endlostriebmittelspanner, wie einen Riemen- oder Kettenspanner und/oder einen Startergenerator, ausgelegt und vorbereitet sind. The invention relates to a drive train for a motor vehicle, with two mutually torque torque coupled coupled internal combustion engines for torque transmission on the one hand to a (hybridized) hybrid module with an electric machine and a bspw. Downstream transmission and on the other hand for torque transmission to a secondary drive, such as an air compressor, pump , a loader, a endless drive means, a endless drive means tensioner, such as a belt or chain tensioner and / or a starter generator, are designed and prepared.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme zur Kurbelwellentrennung, bei denen ein Teil des Verbrennungsmotors bedarfsgerecht abgeschaltet wird, bekannt. Hierbei wird ein abgeschalteter Verbrennungsmotor bzw. ein Verbrennungsmotorteil dann gestartet und mechanisch wieder angekuppelt, wenn dies von Seiten des Leistungsbedarfs verlangt wird. Das Wiederankuppeln ist jedoch technisch sehr aufwendig, da ein Kupplungselement die anfallenden Stoßmomente, die die vorhandenen Mittelmomente um ein Vielfaches übersteigen, rassel- und/oder spielfrei zu übertragen hat. Darüber hinaus muss das Kupplungselement eine definierte, präzise Winkellage bzgl. der vier Arbeitstakte der Verbrennungskraftmaschine sicherstellen. Auch hinsichtlich der variablen Dämpfungssysteme eines solchen Systems sind im Stand der Technik viele Fragen ungeklärt.From the prior art, various systems for crankshaft separation, in which a part of the internal combustion engine is switched off according to demand, known. In this case, a switched-off internal combustion engine or an internal combustion engine part is then started and mechanically coupled again, if required by the power requirement. However, the re-coupling is technically very complicated, since a coupling element ratchet and / or backlash has to transfer the resulting shock moments that exceed the existing mean moments many times. In addition, the coupling element must ensure a defined, precise angular position with respect to the four working cycles of the internal combustion engine. Also with regard to the variable damping systems of such a system, many questions remain unanswered in the prior art.
So offenbart die internationale Offenlegungsschrift
Im Stand der Technik sind weiterhin so genannte Range Extender oder serielle Hybride offenbart, bei denen ein Verbrennungsmotor lediglich mit einem Generator verbunden ist, der seine Leistung an eine elektrische Batterie weitergibt, welche diese dann in Fahrleistung umwandelt. Der ungünstige Gesamtwirkungsgrad solcher Systeme ist aufgrund der vielen verschiedenen Energiewandlungen offensichtlich. The prior art also discloses so-called range extenders or serial hybrids, in which an internal combustion engine is merely connected to a generator, which transmits its power to an electric battery, which then converts it into driving performance. The unfavorable overall efficiency of such systems is evident due to the many different energy conversions.
Ebenfalls bekannt aus dem Stand der Technik sind so genannte Hybridgetriebe oder Mehrgang-Range Extender, bei denen durch eine mechanische Verbindung des Verbrennungsmotors mit dem Triebstrang über mehrere Gänge die vorstehend genannte Problematik des geringen Wirkungsgrads verbessert wird. Diese Getriebe weisen jedoch den Nachteil auf, dass, falls der Fahrer unvorhersehbar deutlich mehr Leistung anfordert, beim Wiederstarten eine Verzögerung auftritt, da der elektrische Triebstrang für hohe Leistungen nicht ausreicht.Also known from the prior art are so-called hybrid transmission or multi-speed range extender, in which the above problem of low efficiency is improved by a mechanical connection of the internal combustion engine with the driveline over several gears. However, these transmissions have the disadvantage that if the driver requests unpredictably much more power, a delay occurs when restarting, since the electric drive train is not sufficient for high performance.
Aus dem Stand der Technik gehen ebenfalls Konzepte mit zwei Verbrennungsmotoren und einem ggf. hybriden Leistungs-Mischungs-Getriebe hervor. Diesbezüglich sind die Offenlegungsschriften
Die Nachteile des in diesen Druckschriften offenbarten Standes der Technik liegen darin, dass viele dieser Systeme einen unerwünschten Mehraufwand hinsichtlich der Hilfsaggregate erfordern. Als Hilfsaggregate gelten hierbei bspw. Klimakompressoren, Wasserpumpen, Ölpumpen, Bremskraftverstärker, Turbolader und/oder Lichtmaschinen. Da deren Funktion bei einem Hybridmotor auch bei einem nichtaktiven Verbrennungsmotor gewährleistet sein muss, sind die vorhandenen Lösungen hinsichtlich des Bauraums und der Komplexität zu verbessern. The disadvantages of the prior art disclosed in these references are that many of these systems require an undesirable overhead in terms of auxiliary equipment. As auxiliary equipment here are, for example, air compressors, water pumps, oil pumps, brake booster, turbocharger and / or alternators. Since their function in a hybrid engine must be ensured even in a non-active combustion engine, the existing solutions in terms of space and complexity to be improved.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben, und insbesondere eine technische Vorrichtung zu offenbaren, die in der Lage ist, einen Hybridantrieb zu realisieren, der sowohl einen zuverlässigen Fahrbetrieb ermöglicht, als auch einen an jegliche Betriebsbedingungen angepassten Nebenaggregatetrieb zur Verfügung stellt. Hierbei ist vor allem auf den benötigten Bauraum und die erreichbare Betriebsflexibilität Wert zu legen. It is therefore the object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art, and in particular to disclose a technical device which is able to realize a hybrid drive, which allows both a reliable driving operation, and one at any Operating conditions adapted ancillary operation provides. Here, above all, the required space and the achievable operating flexibility should be emphasized.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Verbrennungskraftmaschinen zum Betrieb bei zueinander unterschiedlichen Drehzahlen ausgelegt und vorbereitet sind. Dies bewirkt eine Unabhängigkeit der beiden Verbrennungskraftmaschinen des Antriebsstrangs. Somit lässt sich ein Hybridantrieb mit einer hohen Spontaneität realisieren, da eine Impulsstartoption eines Hochleistungsverbrenners genutzt werden kann.This is inventively achieved in that the two internal combustion engines are designed and prepared for operation at mutually different speeds. This causes an independence of the two internal combustion engines of the drive train. Thus, a hybrid drive with high spontaneity can be realized because a pulse start option of a high-performance combustor can be used.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
So ist es von Vorteil, wenn die eine/erste Verbrennungskraftmaschine ein asymmetrisch abgetrennter oder abtrennbarer Teil der anderen/zweiten Verbrennungskraftmaschine ist. Diese asymmetrische Trennung der Verbrennungsmotoren lässt sich bspw. durch einen größeren Fahr-Antrieb und einen kleineren Nebenaggregate-Antrieb realisieren. Dadurch, dass diese Antriebe bei zueinander unterschiedlichen Drehzahlen betreibbar sind, können sie jeweils auf die vorherrschenden Betriebsbedingungen der jeweiligen anzutreibenden Last angepasst werden.Thus, it is advantageous if the one / first internal combustion engine is an asymmetrically separated or separable part of the other / second internal combustion engine. This asymmetrical separation of the internal combustion engines can be realized, for example, by a larger driving drive and a smaller auxiliary drive. The fact that these drives are operable at mutually different speeds, they can each on the prevailing Operating conditions of the respective driven load to be adjusted.
Sobald die eine/erste Verbrennungskraftmaschine eine geringere Leistungskapazität als die andere/zweite Verbrennungskraftmaschine besitzt, erleichtert dies die Asymmetrie der beiden Antriebe. Die Flexibilität des Antriebsstrangs wird somit erhöht. As soon as the one / first internal combustion engine has a lower power capacity than the other / second internal combustion engine, this facilitates the asymmetry of the two drives. The flexibility of the powertrain is thus increased.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beide Verbrennungskraftmaschinen in demselben Motorblock angeordnet sind oder dasselbe Motorgehäuse/denselben Gussblock zur Aufnahme von verbrennungskraftangetriebenen Kolben besitzen. Dies erhöht die Kompaktheit des Antriebsstrangs und senkt dessen Gewicht, da zwei Motoren in einem Block integriert sind. Derart lässt sich ein bauraum- und gewichtsoptimierter Antriebsstrang realisieren. Weiterhin wird somit vermieden, dass die von den unterschiedlichen Drehzahlen hervorgerufenen Vibrationen zu einer relativen Reibung der Motoren führen. Ein robuster Motorsitz der Antriebseinheit mit unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen ist die Folge.A further advantage is that both internal combustion engines are arranged in the same engine block or have the same engine housing / casting block for receiving combustion-force driven pistons. This increases the compactness of the powertrain and reduces its weight because two motors are integrated in one block. In this way, a space-and weight-optimized drive train can be realized. Furthermore, it is thus avoided that the vibrations caused by the different speeds lead to a relative friction of the motors. A robust engine seat of the drive unit with different internal combustion engines is the result.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich zudem dadurch aus, dass die leistungsschwächere, erste Verbrennungskraftmaschine, etwa nach Art eines Nebentriebverbrenners, dauerhaft/unlösbar oder aber lösbar mit dem Nebentrieb gekoppelt ist und/oder die leistungsstärkere, zweite Verbrennungskraftmaschine, etwa nach Art eines Fahrantriebverbrenners, dauerhaft/unlösbar oder aber lösbar, etwa über eine Trennkupplung, bspw. eine K0-Kupplung, mit dem Hybridmodul gekoppelt ist. Diese Trennung ermöglicht es, sowohl den Nebentrieb, als auch das Hybridmodul an deren optimale Betriebsbedingungen anzupassen. Auf diese Weise lässt sich zum einen eine wirkungsgradoptimierte Anwendung realisieren, zum anderen kann vermieden werden, dass der Nebentrieb und/oder das Hybridmodul den Leistungsanforderungen nicht gerecht wird. Das optionale Anordnen von Kupplungseinheiten zwischen den Verbrennungskraftmaschinen und den von ihnen angetriebenen Einheiten ermöglicht, dass die Verbrennungskraftmaschinen in dem für sie idealen Drehzahlbereich betrieben werden können. Sollte ein Abschalten des Motors bei mangelndem Leistungsbedarf hinsichtlich der Betriebseffizienz nicht sinnvoll sein, kann dies durch ein Auskoppeln ersetzt werden. An advantageous embodiment is also characterized by the fact that the weaker, first internal combustion engine, such as a secondary engine combustor, permanently / unsolvable or releasably coupled to the secondary engine and / or the more powerful, second internal combustion engine, such as a driving power burner, permanently / insoluble or else detachable, for example via a separating clutch, for example a K0 coupling, to which the hybrid module is coupled. This separation makes it possible to adapt both the secondary drive and the hybrid module to their optimum operating conditions. In this way, on the one hand, an efficiency-optimized application can be realized, on the other hand it can be avoided that the auxiliary drive and / or the hybrid module does not meet the performance requirements. The optional arrangement of coupling units between the internal combustion engines and the units driven by them enables the internal combustion engines to be operated in the speed range which is ideal for them. If switching off the motor does not make sense in the case of a lack of power requirement with regard to the operating efficiency, this can be replaced by decoupling.
Wenn zwischen beiden Verbrennungskraftmaschinen eine Kupplung, bspw. eine Reibkupplung, etwa eine mit kurzzeitigen Impulsen beaufschlagte Impulskupplung, vorhanden ist, lässt sich der Betrieb der beiden Verbrennungskraftmaschinen bei unterschiedlichen Drehzahlen in konstruktiv simpler und zugleich effizienter Art und Weise realisieren. Sowohl eine Reib- als auch eine Impulskupplung gilt als Standardkomponente und wirkt sich somit positiv auf logistische Aspekte der Vorrichtung aus. If between two internal combustion engines a clutch, for example. A friction clutch, such as an impinged with short pulses impulse clutch, is present, the operation of the two internal combustion engines at different speeds can be realized in a structurally simple and at the same time efficient manner. Both a friction and a momentum coupling is considered a standard component and thus has a positive effect on logistical aspects of the device.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die eine/erste, leistungskapazitiv kleinere Verbrennungskraftmaschine zum Vorwärmen eines Kühlfluids der anderen/zweiten Verbrennungskraftmaschine oder der Fahrgastzelle verwendet wird. Somit können Synergieeffekte genutzt werden. Die kleinere Verbrennungskraftmaschine ist wegen ihrer Größe früher bei ihrer optimalen Betriebstemperatur angelangt als die größere Verbrennungskraftmaschine. Deshalb ist sie dafür geeignet, das Kühlfluid der größeren Verbrennungskraftmaschine vorzuwärmen. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad.It is likewise advantageous if the one / first, power-reduced internal combustion engine is used for preheating a cooling fluid of the other / second internal combustion engine or the passenger compartment. Thus, synergy effects can be used. The smaller internal combustion engine has earlier reached its optimum operating temperature because of its size than the larger internal combustion engine. Therefore, it is suitable for preheating the cooling fluid of the larger internal combustion engine. This increases the overall efficiency.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die eine/erste Verbrennungskraftmaschine ein Nebentriebverbrennerschwungrad besitzt, das von einem Fahrantriebverbrennerschwungrad der anderen/zweiten Verbrennungskraftmaschine separat/bauteilgetrennt/bauteilunterschiedlich ist. Die von einem Schwungrad implizierte Laufruhe eines Verbrennungsmotors wird somit an die beiden Verbrennungskraftmaschinen in ihrem jeweiligen optimalen Betriebspunkt angepasst. Nicht nur hinsichtlich ihrer Drehzahl, sondern auch hinsichtlich ihrer Gestaltung und Masse sind die Schwungräder demnach individuell an die herrschenden Betriebsbedingungen angepasst. A further advantageous embodiment is characterized in that the one / first internal combustion engine has a secondary engine combustor flywheel separate / component-separate from a second-internal combustion engine travel-drive combustor flywheel. The smoothness implied by a flywheel of an internal combustion engine is thus adapted to the two internal combustion engines in their respective optimal operating point. Not only in terms of their speed, but also in terms of their design and mass, the flywheels are therefore individually adapted to the prevailing operating conditions.
Hierbei ist es zudem vorteilhaft, wenn das Nebentriebverbrennerschwungrad als ein Einmassenschwungrad oder als ein Zweimassenschwungrad ausgestaltet ist. So kann je nach vorhandenen Komponenten im Nebentrieb die optimale Gestaltung des Schwungrades erreicht werden. Das Einmassenschwungrad besitzt den Vorteil, die Drehungleichförmigkeit auch der Motordrehzahl zu senken und weiterhin ein Plus an Leistung am Motorausgang zu bewirken. Weiterhin weist das Einmassenschwungrad eine geringe Schadenanfälligkeit auf. Das Zweimassenschwungrad hingegen isoliert die angetriebenen Komponenten nahezu vollständig von den Drehungleichförmigkeiten, die aus den vier Arbeitstakten resultieren. Diese Reduktion der Drehschwingungen ist vorteilhaft zur Reduktion von Geräuschen wie Rasseln, aber auch vorteilhaft zur Wirkungsgradverbesserung beispielsweise bei Riementrieben.In this case, it is also advantageous if the auxiliary combustion engine flywheel is designed as a single-mass flywheel or as a dual-mass flywheel. Thus, depending on the existing components in the secondary engine optimal design of the flywheel can be achieved. The one-way flywheel has the advantage of reducing rotational nonuniformity of engine speed as well and further providing power output at the engine output. Furthermore, the one-mass flywheel has a low susceptibility to damage. The dual mass flywheel, on the other hand, almost completely isolates the driven components from the rotational nonuniformities resulting from the four power strokes. This reduction of the torsional vibrations is advantageous for the reduction of noise such as rattling, but also advantageous for improving the efficiency, for example in belt drives.
Sobald die eine/erste Verbrennungskraftmaschine so ausgelegt ist, dass ihre Leerlaufdrehzahl höher ist, als die Leerlaufdrehzahl der anderen/zweiten Verbrennungskraftmaschine, oder die Maximaldrehzahl der einen/ersten Verbrennungskraftmaschine tiefer/geringer ist als die der anderen/zweiten Verbrennungskraftmaschine, ergeben sich an die Betriebsbedingungen anpassbare und optimierbare (da engere) Drehzahlbereiche des Nebentriebes. Da die Anforderungen an jene Drehzahlspreizung, die sich aus dem Quotienten der Leerlaufdrehzahl zur Maximaldrehzahl ergibt, bei den Nebenaggregaten/dem Nebentrieb geringere Werte verlangen als beim Hybridmodul, ist der erfindungsgemäße Antriebsstrang mittels jener Drehzahlspreizungen vorteilhaft eingestellt. Die geringe Drehzahlspreizung der Nebentriebe, ermöglicht es, die eine/erste Verbrennungskraftmaschine in einem annähernd konstanten Drehzahlbereich zu betreiben, was zur Steigerung deren Effizienz/Verbrauch beiträgt. Weiterhin ist es dadurch, dass die andere/zweite Verbrennungskraftmaschine nicht auf die geringe Drehzahlspreizung angewiesen ist, möglich, ein weites Spektrum an Leistungsanforderungen durch einen Fahrer zu erfüllen.Once the one / first internal combustion engine is designed so that its idle speed is higher than the idle speed of the other / second internal combustion engine, or the maximum speed of the / a first internal combustion engine is lower / lower than that of the other / second internal combustion engine, resulting in the operating conditions customizable and optimizable (narrower) speed ranges of the secondary drive. Since the requirements for those speed spread, which is from the quotient of the idle speed to the maximum speed results in the ancillary units / the secondary engine require lower values than the hybrid module, the drive train according to the invention is advantageously set by means of those speed spreads. The low speed spread of the auxiliary drives makes it possible to operate the one / first internal combustion engine in an approximately constant speed range, which contributes to increasing their efficiency / consumption. Further, since the other / second internal combustion engine does not rely on the low speed spread, it is possible to satisfy a wide range of power requirements by a driver.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Verschaltung der Einzelkomponenten derart ausgestaltet ist, dass Aggregate des Nebentriebs, der mit einer ersten Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist oder koppelbar ist, drehzahlunabhängig von der Drehzahl der anderen/zweiten Verbrennungskraftmaschine betreibbar sind. Sämtliche in dem Nebentrieb integrierte Antriebsaggregate sind auf diese Weise zuverlässig in ihrem Drehzahlbereich betreibbar.Another advantage results from the fact that the interconnection of the individual components is designed such that units of the secondary engine, which is coupled to a first internal combustion engine or can be coupled, independent of the speed of the other / second internal combustion engine are operable. All drive units integrated in the auxiliary drive are reliably operable in their speed range in this way.
Auch wenn das Hybridmodul eine Elektromaschine/einen Elektromotor logisch und geometrisch an einem Getriebeübergang besitzt und über eine Hauptkupplung von einem/dem Fahrantriebsverbrenner abkoppelbar ist, ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Effizienz. In einem entsprechenden Betriebsstadium kann demnach der Fahrantriebsverbrenner betrieben werden, ohne dass die Elektromaschine/der Elektromotor aktiv ist.Even if the hybrid module has an electric machine / an electric motor logically and geometrically at a transmission transition and can be decoupled via a main clutch of a / the Fahrantriebsverbrenner, there are advantages in terms of efficiency. Accordingly, in a corresponding stage of operation, the traction drive combustor may be operated without the electric machine / motor being active.
Es ist auch von Vorteil, wenn im Nebentrieb eine starre Riemenscheibe mit großer Masse, etwa unter Verzicht von einem Pendelspanner, eingesetzt ist. Die aus der großen Masse resultierende große Trägheit kann Unregelmäßigkeiten/Unwuchten ausgleichen.It is also advantageous if a rigid pulley with a large mass, such as waiving a pendulum clamp, is used in the secondary drive. The large inertia resulting from the large mass can compensate for irregularities / imbalances.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die leistungskapazitiv kleinere der beiden Verbrennungskraftmaschinen zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ungeeignet/unfähig ist. Dies verhindert eine qualitativ zu hohe und dementsprechend kostenintensive Auslegung der kleineren Antriebseinheit. It is also advantageous if the power-capacitive smaller of the two internal combustion engines for driving the motor vehicle is unsuitable / incapable. This prevents a high quality and therefore costly design of the smaller drive unit.
Auch wenn die eine/erste Verbrennungskraftmaschine als Boxermotor und/oder Zweizylindermotor und/oder in V-Anordnung oder als Einzylindermotor ausgelegt ist und die andere/zweite Verbrennungskraftmaschine als Mehrzylindermotor in Reihenoder V-Anordnung ausgelegt ist, birgt dies Vorteile. Sowohl hinsichtlich des Bauraums, als auch hinsichtlich ihrer thermodynamischen Effizienz ist eine solche Kombination der Antriebseinheiten vorteilhaft.Even if the one / first internal combustion engine is designed as a boxer engine and / or two-cylinder engine and / or V-arrangement or as a single-cylinder engine and the other / second internal combustion engine is designed as a multi-cylinder engine in a series or V arrangement, this has advantages. Both in terms of space, as well as in terms of their thermodynamic efficiency, such a combination of the drive units is advantageous.
In anderen Worten kann gesagt werden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Hybridantrieb offenbart, der sich durch eine hohe Spontanität aufgrund einer Impulsstartoption eines Hochleistungsverbrenners auszeichnet.In other words, it can be said that the device according to the invention discloses a hybrid drive which is characterized by a high degree of spontaneity due to a pulse start option of a high-performance combustor.
Der erfindungsgemäße Hybridantrieb kann mittels preiswerter Nebentriebs-/Hilfsaggregate aufgrund ihrer geringen Drehzahlspreizung verwendet werden. Hierbei besteht der Kerngedanke darin, eine asymmetrische Trennung des Verbrennungsmotors in einen größeren Fahrantrieb, z.B. ein 3-Zylinderreihenmotor, und einen kleineren Fahrantrieb, bspw. einen 2-Zylinder-Boxermotor, die sich aber im gleichen Motorblock befinden, vorzunehmen. Die Nebenaggregate sind hierbei nur einfach ausgeführt und werden vom kleineren Motor angetrieben, während der größere Verbrennungsmotor zum Fahrantrieb benutzt wird. Der Fahrantriebsmotor wird durch Einrücken einer Kupplung, bspw. einer Reibungskupplung, zwischen den beiden Verbrennungsmotoren gestartet.The hybrid drive according to the invention can be used by means of inexpensive secondary drive / auxiliary units due to their low speed spread. Here, the core idea is to provide an asymmetric separation of the internal combustion engine into a larger drive, e.g. a 3-cylinder in-line engine, and a smaller drive, for example, a 2-cylinder boxer engine, but which are located in the same engine block to make. The ancillaries are here only simple and are driven by the smaller engine, while the larger combustion engine is used for propulsion. The traction drive motor is started by engaging a clutch, for example a friction clutch, between the two internal combustion engines.
Daraus folgt, dass einer der beiden Verbrennungsmotoren des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs nicht mechanisch als Fahrantrieb nutzbar ist, aber über eine mechanische Reibkupplung als Startaggregat für den anderen Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der kleinere Verbrennungsmotor alleine den einzigen Nebentrieb antreibt. Auch besteht ein Vorteil darin, dass der kleinere Verbrennungsmotor starr mit einer Elektromaschine mit ähnlicher Leistung verbunden ist. In einer alternativen Ausführung befindet sich der große Startergenerator in der Nähe der Startkupplung oder um die Startkupplung herum. It follows that one of the two internal combustion engines of the drive train according to the invention is not mechanically usable as travel drive, but can be used via a mechanical friction clutch as a starting unit for the other internal combustion engine. It is advantageous if the smaller internal combustion engine alone drives the only secondary drive. Also, there is an advantage in that the smaller internal combustion engine is rigidly connected to an electric machine of similar power. In an alternative embodiment, the large starter generator is located near the starting clutch or around the starting clutch.
Der Start des kleinen Verbrennungsmotors erfolgt mittels einer drehstarr angebundenen Elektromaschine. Insbesondere, wenn der Ladezustand einer Batterie einen ersten Ladegrenzwert unterschreitet oder der bspw. am Gaspedal erkennbare Fahrleistungswunsch des Fahrers einen Leistungsgrenzwert überschreitet, ist dies von Nutzen. Sowohl der kleinere Verbrennungsmotor, als auch der Nebentrieb können aufgrund der drehstarr angebundenen großen Generatorträgheit und der Regelbarkeit des Generators mit einer geringen Drehungleichförmigkeit betrieben werden und sie erfordern nur wenig Dämpfungsmaßnahmen an der Riemenscheibe. Es kann deshalb eine starre oder klassisch Elastomer-gedämpfte Riemenscheibe eingesetzt werden. The start of the small combustion engine by means of a torsionally rigid connected electric machine. In particular, if the state of charge of a battery falls below a first charging limit value or if, for example, the driver's driving power requirement that can be recognized by the accelerator pedal exceeds a power limit value, this is useful. Both the smaller internal combustion engine and the secondary engine can be operated with a low rotational irregularity due to the torsionally connected large generator inertia and the controllability of the generator and they require little damping measures on the pulley. It can therefore be used a rigid or classic elastomer-damped pulley.
Bei laufendem kleinem Verbrennungsmotor und fehlendem Fahrleistungswunsch wird die starr angebundene Elektromaschine generatorisch derart betrieben, dass der kleine Verbrennungsmotor in einem verbrauchsgünstigen Betriebspunkt arbeitet. Der generatorische Betrieb ist in diesem Fall ebenfalls abhängig vom Leistungsbedarf anderer Nebentriebaggregate, insbesondere des Klimakompressors, da dieser eine nennenswerte Leistung anziehen kann. Der generatorische Betrieb ist in diesem Fall ebenfalls abhängig vom Ladezustand der angekoppelten Batterie. Bei Überschreiten eines zweiten Ladegrenzwertes wird die Ladeleistung reduziert oder der kleinere Verbrennungsmotor gestoppt. Dieses Stoppen des kleineren Verbrennungsmotors wird so lange unterbunden, bis eine für die Abgasreinigungsanlage erforderliche Mindesttemperatur erreicht ist oder bis eine vom Fahrer gewünschte Fahrzeuginnentemperatur erreicht ist.When the small combustion engine is running and driving power is not desired, the rigidly connected electric machine is operated as a generator in such a way that the small internal combustion engine operates at a low-consumption operating point. The generator operation in this case also depends on the power requirements of others Side drive units, in particular of the air conditioning compressor, as this can attract a significant performance. The generator operation in this case also depends on the state of charge of the coupled battery. If a second charging limit value is exceeded, the charging power is reduced or the smaller internal combustion engine is stopped. This stopping of the smaller internal combustion engine is prevented until a minimum temperature required for the exhaust gas purification system is reached or until an interior temperature desired by the driver is reached.
Somit kann das Fahrzeug aufgrund der je nach Fahrerwunsch angesteuerten Elektromaschine des Fahrantriebs (z.B. als P2-, P3- oder P4-Hybrid) auch längere Strecken gefahren werden, ohne dass aufgrund sinkenden Ladezustands der größere Verbrennungsmotor gestartet werden muss.Thus, due to the electric drive of the traction drive (for example as a P2, P3 or P4 hybrid) which is activated according to the driver's request, the vehicle can also travel longer distances without the larger internal combustion engine having to be started due to decreasing state of charge.
Der Start des größeren Verbrennungsmotors erfolgt hierbei durch Einrücken der Motorstartkupplung bei laufendem kleinem Motor. Diese Kupplung ist vorteilhaft als Reibkupplung ausgeführt und besonders vorteilhaft als selbstöffnende Kupplung. Der Generator verlässt bei diesem Motorstart den generatorischen Betrieb und wechselt ggf. in einen Motorbetrieb. Der Einrückvorgang der Startkupplung erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem der Drehimpuls L des kleinen Motors inklusive des Generators größer ist als der Drehimpulsgrenzwert LGrenz. Hierbei gilt folgender mathematischer Zusammenhang:
Hierbei bezeichnet J den Drehimpuls der jeweiligen Komponenten, ω die Drehzahl und LGrenz den Drehimpuls-Grenzwert. Auf die oben dargestellte Weise wird sichergestellt, dass ein Impulsstart zu einer ausreichend große Drehzahl des Verbrennungsmotors führt. Here, J denotes the angular momentum of the respective components, ω the rotational speed and L limit the angular momentum limit. In the manner described above it is ensured that a pulse start leads to a sufficiently high speed of the internal combustion engine.
Die Startkupplung wird spätestens in einen geöffneten Zustand zurückgeführt, wenn die Drehzahl des größeren Verbrennungsmotors einen ersten Drehzahlgrenzwert, etwa einen Grenzwert von 3.000 U/min, überschreitet. Dies ermöglicht es, den kleineren Verbrennungsmotor verbrauchsgünstiger bei niedrigeren Drehzahlen als bei jenem Drehzahlgrenzwert zu betreiben. Die Startkupplung wird ebenfalls in einen geöffneten Zustand zurückgeführt, wenn die Drehzahl des großen Verbrenners einen weiteren Drehzahlgrenzwert, bspw. einen Drehzahlgrenzwert von 800 U/min, unterschreitet. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den Nebentrieb bei höheren Drehzahlen als jenem unteren Grenzwert zu betreiben, was das Antreiben einfacherer Aggregate erlaubt. The starting clutch is at the latest returned to an open state when the speed of the larger internal combustion engine exceeds a first speed limit, such as a limit of 3,000 rpm. This makes it possible to operate the smaller combustion engine more fuel efficient at lower speeds than at that speed limit. The starting clutch is also returned to an open state when the speed of the large burner falls below a further speed limit, for example. A speed limit of 800 U / min. In this way, it is possible to operate the secondary engine at higher speeds than that lower limit, which allows the driving of simpler units.
Die Betriebsdrehzahl des kleineren Verbrennungsmotors ist bei einer geöffneten Startkupplung durch eine Steuerung unabhängig von der Drehzahl des größeren Verbrennungsmotors einstellbar. Dieser Freiheitsgrad erlaubt einen bedarfsgerecht optimierten Betrieb einzelner oder jeweils ausgewählter Nebentriebsaggregate. Insbesondere weisen Ladeluftverdichter ein wirkungsgradoptimiertes Betriebsverhalten auf, wenn sie weder zu tieftourig, also bei geringen Drehzahlen, betrieben werden, noch zu hochtourig, also hohen Drehzahlen, betrieben werden. Generatoren und/oder Pumpen weisen ein ähnlich spezifisches Verhalten auf.The operating speed of the smaller internal combustion engine is adjustable at an open starting clutch by a controller regardless of the speed of the larger internal combustion engine. This degree of freedom allows a demand-optimized operation of individual or selected secondary drive units. In particular, charge air compressors have an efficiency-optimized operating behavior when they are operated neither at low-speed, ie at low speeds, nor at high speeds, ie high speeds. Generators and / or pumps have a similar specific behavior.
Der bedarfsgerechte Betrieb des Nebentriebs durch den kleineren Verbrennungsmotor beinhaltet hierbei, dass bei hoher Zugkraftanforderung die Drehzahl eines riemengetriebenen Laders und somit dessen Ladedruck schnell erhöht wird, sodass der größere Verbrennungsmotor aus seiner hohen Zylinderfüllung ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erzeugt. Gegebenenfalls war der Nebentrieb auch bereits vor Erhöhung der Zugkraftanforderung in einem optimalen Zustand erhöhter Drehzahl, so dass die Erhöhung der Zugkraftanforderung nahezu verzögerungsfrei umsetzbar ist, was eine sportliche Fahrdynamik erlaubt.The needs-based operation of the secondary engine by the smaller internal combustion engine here includes that at high tensile load, the speed of a belt-driven supercharger and thus the boost pressure is increased quickly, so that the larger combustion engine generates high torque at low speeds from its high cylinder charge. If necessary, the auxiliary drive was already in an optimal state of increased speed before increasing the tensile force requirement, so that the increase in the draft requirement can be implemented almost instantaneously, which allows sporty driving dynamics.
Weiterhin beinhaltet der bedarfsgerechte Betrieb des Nebentriebs durch den kleineren Verbrennungsmotor, dass bei erhöhten Kühlleistungsanforderungen, bspw. hervorgerufen durch die Klimaanlage, die Drehzahl des Nebentriebs erhöht wird und somit auch ein kleiner Kältemittelverdichter eine hohe Kältemittelverdichtung nach sich zieht. Ebenso beinhaltet der bedarfsgerechte Betrieb des Nebentriebs durch den kleinen Verbrennungsmotor, dass bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn ausreichend Luftkühlung vorhanden ist, die Drehzahl des Nebentriebs mit dessen Kühlwasserpumpe reduziert wird. Bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit, aber hoher Zugkraft, bspw. bei Bergfahrten mit hohem Gewicht, wenn zudem eine starke Kühlung erforderlich ist, kann die Drehzahl des Nebentriebs mit dessen Kühlwasserpumpe erhöht werden. Furthermore, the needs-based operation of the secondary engine by the smaller internal combustion engine that at increased cooling power requirements, for example, caused by the air conditioning, the speed of the secondary engine is increased and thus a small refrigerant compressor draws a high refrigerant compression. Similarly, the needs-based operation of the secondary engine by the small internal combustion engine includes that at high vehicle speed, if sufficient air cooling is present, the speed of the secondary engine is reduced with the cooling water pump. At low vehicle speed, but high traction, for example, in mountain driving with high weight, when also a strong cooling is required, the speed of the by-drive can be increased with the cooling water pump.
Für jedes Glied des Nebenaggregatetriebs ist eine bedarfsgerechte Ansteuerung möglich. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Nebentrieb und die mitlaufenden Komponenten mit einer im Vergleich zu einem Standardnebentrieb reduzierten Drehzahlspreizung betrieben werden, insbesondere mit einer reduzierten Maximaldrehzahl. Die im Stand der Technik weit verbreitete Drehzahlspreizung von 8 bis 10 wird von dem erfindungsgemäßen Nebentrieb unterschritten. Die erfindungsgemäße Drehzahlspreizung ist zwischen 2 und 6, vorzugsweise etwa 4.For each member of the accessory drive a demand-driven control is possible. In particular, it is advantageous if the secondary drive and the accompanying components are operated with a reduced speed compared to a standard engine drive, in particular with a reduced maximum speed. The speed spread of 8 to 10, which is widespread in the prior art, is undershot by the secondary drive according to the invention. The speed spread according to the invention is between 2 and 6, preferably about 4.
Zusammenfassend gilt, dass die Erfindung die Teilmotorabkopplung in Verbindung mit einem ersten E-Motor als Hybrid, bspw. P2-Hybrid, am getriebeseitigen Teilmotor vorschlägt. Hierbei kann der zweite Teilmotor losgelöst von den Drehzahlen des ersten Teilmotors betrieben werden. In anderen Worten kann gesagt werden, dass die Drehzahl des einen Motors in Abhängigkeit von den geforderten Drehzahlen der Nebenaggregate unabhängig von der Drehzahl des anderen Motors betrieben werden. Hierbei ist es auch möglich, den einen Motor gänzlich abzuschalten, sodass das Getriebe ausschließlich über die Elektromaschine betrieben wird. Hierfür ist eine entsprechende Kupplung, bspw. eine K0-Kupplung, vorgesehen. Der kleinere Teilmotor kann den größeren Teilmotor starten. Hierfür weist der kleinere Motor ein Schwungrad auf. Dieses erfüllt weiterhin die Funktion des Energiespeichers. Die Kupplung zwischen den beiden Verbrennungskraftmaschinen ist bevorzugt eine normally open Kupplung. Weiterhin kann der kleinere Motor das Kühlwasser des größeren Motors vorwärmen. Die Nebentriebsaggregate können hierbei kleiner als bei herkömmlichen Motoren ausgelegt werden, da sie auf eine optimale Drehzahl ausgelegt sein können und keine großen Momente und Ungleichförmigkeiten des großen Motors entgegennehmen müssen.In summary, the invention, the Teilmotorabkopplung in conjunction with a first electric motor as hybrid, for example. P2 hybrid, proposes on the gearbox side engine. In this case, the second sub-motor can be operated detached from the rotational speeds of the first sub-motor. In other words, it can be said that the rotational speed of one engine is operated independently of the rotational speed of the other engine depending on the required rotational speeds of the auxiliary machinery. It is also possible to completely switch off the one engine, so that the transmission is operated exclusively via the electric machine. For this purpose, a corresponding clutch, for example. A K0 clutch is provided. The smaller part engine can start the larger part engine. For this purpose, the smaller engine on a flywheel. This continues to fulfill the function of energy storage. The clutch between the two internal combustion engines is preferably a normally open clutch. Furthermore, the smaller engine can preheat the cooling water of the larger engine. The auxiliary drive units can be designed smaller than in conventional engines, since they can be designed for an optimal speed and do not have to accept large moments and irregularities of the large engine.
Die Erfindung wird nachfolgend mittels einer Figur näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of a figure.
Es zeigt:It shows:
Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.The figure is merely schematic in nature and is for the sole purpose of understanding the invention.
Der grundsätzliche Aufbau eines Hybridmoduls ist der deutschen Offenlegungsschrift
In einer alternativen Ausführungsform ist das Übersetzungsteil
Zwischen der ersten Verbrennungskraftmaschine
Als Teil des hybridisierten Getriebes
Mit dem Bezugszeichen
Die erste Verbrennungskraftmaschine
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebsstrang powertrain
- 22
- erste Verbrennungskraftmaschine first internal combustion engine
- 33
- zweite Verbrennungskraftmaschine second internal combustion engine
- 44
- (hybridisiertes) Getriebe (hybridized) transmission
- 55
- Elektromaschine electric machine
- 66
- Übersetzungsteil translation part
- 77
- Nebentrieb Accessory drive
- 88th
- Kupplung clutch
- 99
- Startergenerator starter generator
- 1010
- Motorblock block
- 1111
- (Torsions-)Dämpfungssystem (Torsional) damping system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2011/160619 A1 [0003] WO 2011/160619 A1 [0003]
- DE 201310221911 A1 [0006] DE 201310221911 A1 [0006]
- DE 201310221912 A1 [0006] DE 201310221912 A1 [0006]
- DE 102014212799 A1 [0044] DE 102014212799 A1 [0044]
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-
2015
- 2015-12-10 DE DE102015224805.4A patent/DE102015224805A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |