DE102018009705A1

DE102018009705A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, mit wenigstens einem Druckluftspeicher

Info

Publication number: DE102018009705A1
Application number: DE102018009705.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Schoenherr
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Antriebsmotor (12), mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist, mit wenigstens einem Druckluftspeicher (14), und mit einem zusätzlich zu dem Antriebsmotor (12) vorgesehenen Kompressor (18), welcher von einer elektrischen Maschine (30) des Antriebsstrangs (10) unter Nutzung von aus kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs gewonnener elektrischer Energie und/oder in einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs von Rädern (22) des Antriebsstrangs und/oder von dem wenigstens einen Antriebsmotor (12) antreibbar ist, wodurch mittels des Kompressors (18) Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher (14) einspeicherbar ist, wobei der Kompressor (18) in einem Motorbetrieb betreibbar ist, in welchem der Kompressor (18) mit verdichteter Luft aus dem Druckluftspeicher (14) versorgbar ist, wodurch die elektrische Maschine (30) und/oder die Räder (22) von dem Kompressor (18) antreibbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits der DE 10 2007 061 417 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Antriebsstrang weist wenigstens einen Antriebsmotor auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Des Weiteren umfasst der Antriebsstrang wenigstens einen Druckluftspeicher und einen zusätzlich zu dem Antriebsmotor vorgesehenen Kompressor, welcher von einer elektrischen Maschine des Antriebsstrangs unter Nutzung von aus kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs gewonnener elektrischer Energie und/oder in einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs von Rädern des Antriebsstrangs antreibbar ist. Hierdurch ist mittels des Kompressors Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher einzuspeichern.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2016 218 764 A1 eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Abwärmenutzungseinrichtung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Antriebsstrang der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit energieverbrauchsarmer Betrieb des Antriebsstrangs und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kompressor in einem Motorbetrieb betreibbar ist, in welchem der Kompressor mit verdichteter Luft aus dem Druckluftspeicher versorgbar ist, wodurch die elektrische Maschine und/oder die Räder von dem Kompressor antreibbar sind. Mit anderen Worten, im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben des Antriebsstrangs wird der Kompressor beispielsweise in dem Motorbetrieb betrieben. In dem Motorbetrieb wird der Kompressor mit in dem Druckluftspeicher gespeicherter, verdichteter Luft versorgt. Hierdurch wird der Kompressor als ein pneumatischer Motor, das heißt als ein Luftmotor beziehungsweise als ein Druckluftmotor betrieben. In dem Motorbetrieb stellt der Kompressor mechanische Energie bereit, mittels welcher in dem Motorbetrieb des Kompressors die elektrische Maschine angetrieben wird. Alternativ oder zusätzlich wird mittels der von dem Kompressor bereitgestellten mechanischen Energie in dem Motorbetrieb des Kompressors die Räder und somit das Kraftfahrzeug angetrieben, sodass in dem Motorbetrieb die elektrische Maschine und/oder die Räder von dem Kompressor antreibbar sind.
Erfindungsgemäß kommt dem auch als Luftpresser, Luftverdichter oder Verdichter bezeichneten Kompressor somit eine Doppelfunktion zu. Zum einen wird der Kompressor genutzt, um Luft zu verdichten und die mittels des Kompressors verdichtete Luft in den Druckluftspeicher einzuspeichern. Hierzu wird der Kompressor angetrieben. Dabei saugt beispielsweise der Kompressor über einen Eingang des Kompressors Luft an, wobei der Kompressor die angesaugte und beispielsweise in den Kompressor über den Eingang eingesaugte Luft verdichtet. Über einen Ausgang des Kompressors stellt der Kompressor die verdichtete Luft bereit, welche dann in den Druckluftspeicher eingespeichert werden kann beziehungsweise wird.
Zum anderen wird der Kompressor als Luftmotor verwendet. Hierzu wird verdichtete Luft aus dem Druckluftspeicher über den zuvor genannten Ausgang in den Kompressor eingeleitet, wodurch beispielsweise mittels der verdichteten Luft eine Welle des Kompressors angetrieben wird. Die Luft, die zuvor über den Ausgang in den Kompressor eingeleitet und genutzt wird beziehungsweise wurde, um die Welle des Kompressors anzutreiben, wird beispielsweise über den zuvor genannten Eingang aus dem Kompressor abgeführt beziehungsweise ausgeleitet. Mittels des Kompressors wird die verdichtete Luft aus dem Druckluftspeicher beispielsweise expandiert beziehungsweise entspannt, sodass in der verdichteten Luft enthaltene Energie, insbesondere Verdichtungsenergie, in mechanische Energie umgewandelt wird. Der Kompressor stellt dabei die mechanische Energie, in die die Verdichtungsenergie umgewandelt wurde, über die Welle bereit, sodass die Räder beziehungsweise die elektrische Maschine, insbesondere deren Motor, von der Welle des Kompressors angetrieben werden.
Um mittels des Kompressors Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher einzuspeichern, wird der Kompressor beispielsweise mittels überschüssiger elektrischer Energie und/oder kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs und/oder potentieller Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben, sodass beispielsweise insbesondere in dem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs Rekuperationsenergie genutzt wird, um den Kompressor anzutreiben und dadurch mittels des Kompressors Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher einzuspeichern.
Unter dem Merkmal, dass der Kompressor von der elektrischen Maschine des Antriebsstrangs unter Nutzung von aus kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs gewonnener elektrischer Energie antreibbar ist, ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Beispielsweise in einem Rekuperationsbetrieb, in welchem sich beispielsweise das Kraftfahrzeug in seinem Schubbetrieb befindet, wird die elektrische Maschine beispielsweise von den Rädern des Antriebsstrangs und/oder von anderen, weiteren Rädern des Antriebsstrangs beziehungsweise von dem sich bewegenden Kraftfahrzeug, das heißt mittels kinetischer und/oder potentieller Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben. Hierdurch wird die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben. Mittels des Generators wird die kinetische beziehungsweise potentielle Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt, welche von dem Generator bereitgestellt wird. Die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie kann beispielsweise in einer insbesondere als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildeten Speichereinrichtung gespeichert werden. Die in der Speichereinrichtung gespeicherte und aus der kinetischen beziehungsweise potentiellen Energie gewonnene beziehungsweise erzeugte elektrische Energie kann dann, insbesondere in dem Motorbetrieb des Kompressors, genutzt werden, um die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor zu betreiben. Hierzu wird die elektrische Maschine mit in der Speichereinrichtung gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Mittels des Elektromotors wird die elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt, mittels welcher dann der Kompressor angetrieben wird. Hierdurch kann mittels des Kompressors Luft verdichtet und in den Druckluftspeicher eingespeichert werden.
Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die elektrische Maschine der Antriebsmotor ist. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine zusätzlich zu dem Antriebsmotor vorgesehen ist, wobei der Antriebsmotor als eine Verbrennungskraftmaschine oder aber als eine zweite elektrische Maschine ausgebildet sein kann. Dabei können die vorigen Ausführungen zum Rekuperationsbetrieb ohne weiteres auch auf die zweite elektrische Maschine übertragen werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass die zweite elektrische Maschine von den Rädern beziehungsweise mittels kinetischer beziehungsweise potentieller Energie des Kraftfahrzeugs antreibbar und dadurch in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist. Mittels der zweiten elektrischen Maschine kann die kinetische beziehungsweise potentielle Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt werden, welche von der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellt und beispielsweise in der zuvor genannten Speichereinrichtung gespeichert werden kann. Mit der in der Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Energie kann dann beispielsweise die erste elektrische Maschine versorgt und somit in dem Motorbetrieb betrieben werden, sodass mittels der ersten elektrischen Maschine der Kompressor angetrieben werden kann, um mittels des Kompressor Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher einzuspeichern. Auch hierdurch kann potentielle beziehungsweise kinetische Energie des Kraftfahrzeugs derart zum Antreiben des Kompressors und somit zum Verdichten von Luft genutzt werden, dass der Kompressor von der ersten elektrischen Maschine angetrieben wird und dass die erste elektrische Maschine mit in der Speichereinrichtung gespeicherter elektrischer Energie versorgt wird, die aus kinetischer beziehungsweise potentieller Energie des Kraftfahrzeugs gewonnen beziehungsweise erzeugt wurde.
Des Weiteren kann unter dem Merkmal, dass der Kompressor in dem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs von den Rädern des Antriebsstrangs antreibbar ist, verstanden werden, dass der Kompressor von den Rädern rein mechanisch angetrieben wird, wobei eine Umwandlung von von den Rädern bereitgestellter mechanischer Energie in elektrische Energie zum Antreiben des Kompressors unterbleibt.
Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: In beispielsweise als Nutzfahrzeuge ausgebildeten Kraftfahrzeugen wird Druckluft für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Die Erzeugung von Druckluft ist dabei üblicherweise sehr energieintensiv. Bei Vorgängen, bei denen das Kraftfahrzeug beispielsweise abgebremst oder an einem übermäßigen, beispielsweise durch eine Hangabtriebskraft bewirkten Beschleunigen gehindert werden soll, wird kinetische beziehungsweise potentielle Energie des Kraftfahrzeugs meist durch Bremsen in Wärme umgewandelt und geht somit ungenutzt verloren. Eine Rekuperation von Energie findet nur selten statt und ist meist auf Elektro- und Hybridfahrzeuge begrenzt. Ferner bietet eine herkömmliche elektrische Batterie, welche beispielsweise eine elektrische Spannung von 12 Volt oder 48 Volt aufweist, nur begrenzt Ladeströme und Speicherkapazität. Wird beispielsweise die jeweilige elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs in dem Rekuperationsbetrieb betrieben, sodass mittels der jeweilige elektrischen Maschine kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird, so kann dadurch das Kraftfahrzeug abgebremst oder an einem übermäßigen Beschleunigen gehindert werden. Dabei wird kinetische beziehungsweise potentielle Energie, welche üblicherweise ungenutzt verloren geht, genutzt, um den Kompressor zu betreiben. Auch in dem Schubbetrieb kann dadurch, dass der Kompressor von den Rädern, insbesondere rein mechanisch, angetrieben wird, das Kraftfahrzeug abgebremst oder an einem übermäßigen Beschleunigen gehindert werden. Auch hierbei wird Energie, welche normalerweise ungenutzt verloren geht, genutzt, um den Kompressor anzutreiben. Dadurch kann ein besonders energieeffizienter Betrieb realisiert werden.
Üblicherweise wird die Erzeugung von Druckluft nur nach dem Druckniveau geregelt. Rekuperationsenergie wird meist nur zum Laden von Batterien verwendet. Von modernen Fahrzeugen mit verringertem Treibstoffverbrauch wird im Brems- oder Schubbetrieb die Spannung des Generators angehoben und damit der Ladevorgang beschleunigt, um diesen Ladevorgang in einen Normalbetrieb zu reduzieren oder den Generator ganz abschalten zu können und somit den Motor entlasten zu können. Die Energie, welche der Batterie zugeführt wird, ist allerdings durch deren freie Kapazität und den Ladestrom begrenzt. Die Speicherkapazität der Batterie zu erhöhen, führt zu erheblichen Kosten, einem erheblichen Bauraumbedarf und zu Mehrgewicht. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang vermieden werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist es möglich, überschüssige elektrische und/oder kinetische und/oder potentielle Energie, insbesondere Rekuperationsenergie, zu nutzen, um den Kompressor anzutreiben. Der Kompressor kann dabei elektrisch angetrieben und beispielsweise geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Kopplung vorgesehen sein, über welche der Kompressor mit einem Getriebe und über das Getriebe mit den Rädern und/oder mit der elektrischen Maschine koppelbar ist. Die Kupplung kann eine steuerbare oder regelbare Kupplung sein, wobei beispielsweise der Kompressor über die elektrische Maschine beziehungsweise über die Kupplung geregelt oder gesteuert werden kann. Eine mittels des Kompressors bewirkbare oder bewirkte Druckluftförderung wird beispielsweise bei Erreichen eines unteren Soll-Werts gedrosselt oder beendet. Ein Abstand einer aktuellen Fördermenge des Kompressors zu einem oberen Soll-Wert stellt eine zusätzliche Speicherkapazität dar, die für Rekuperationsfälle vorgehalten wird. Bei einem Energiemangel oder dann, wenn die beispielsweise als Batterie ausgebildete Speichereinrichtung nur geringfügig geladen und einen definierten Füllgrad, das heißt einen definierten Ladezustand aufweist, und/oder falls die zur Verfügung stehende Energie in Vortrieb umgesetzt werden soll, kann der Druck der Druckluft auf eine untere Soll-Grenze fallen.
Insbesondere ist es möglich, in dem Motorbetrieb des Kompressors einen sogenannten Boost-Betrieb, das heißt einen Unterstützungs-Betrieb zu realisieren. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass der Kompressor den Antriebsmotor beim Antreiben des Kraftfahrzeugs unterstützt, sodass beispielsweise mittels des Kompressors ein zusätzliches Drehmoment auf die Räder aufgebracht werden kann. Hierdurch kann beispielsweise eine starke Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bewirkt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, den Motorbetrieb des Kompressors und somit den Kompressor selbst zu nutzen, um die Verbrennungskraftmaschine zu starten beziehungsweise einen Anlasser zum Starten der Verbrennungskraftmaschine insbesondere bei einer Start-Stopp-Funktion beim Anlassen der Verbrennungskraftmaschine zu unterstützen. Somit ist es beispielsweise denkbar, dass mittels des Kompressors in dessen Motorbetrieb eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist.
Insgesamt ist es möglich, bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang zusätzliche Energie-Leitungs- und/oder Speicherkapazitäten zu schaffen, die bei der Rekuperation und für den Vortrieb genutzt werden können. Insbesondere kann ein besonders effizienter und somit energieverbrauchsarmer beziehungsweise kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb des Antriebsstrangs realisiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Antriebsstrangs;
3 eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer Ventileinrichtung des Antriebsstrangs;
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der Ventileinrichtung;
5 eine schematische Darstellung einer dritten Variante der Ventileinrichtung; und
6 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben des Antriebsstrangs.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang 10 gemäß einer ersten Ausführungsform für ein beispielsweise als Nutzfahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang 10 weist einen Antriebsmotor 12 auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist der Antriebsmotor 12 als eine Verbrennungskraftmaschine, das heißt als ein auch als Motor bezeichneter Verbrennungsmotor ausgebildet. Der Antriebsstrang 10 weist einen Druckluftspeicher 14 zum Speichern von verdichteter Luft auf, welcher auch als Druckluft bezeichnet wird. Der Druckluftspeicher 14 weist Anschlüsse 16 auf, über welche Druckluftverbraucher mit in dem Druckluftspeicher 14 gespeicherter verdichteter Luft versorgt werden können.
Der Antriebsstrang 10 weist darüber hinaus einen auch als Luftpresser bezeichneten Kompressor 18 auf, mittels welchem Luft verdichtet und in den Druckluftspeicher 14 eingespeichert werden kann. Außerdem umfasst der Antriebsstrang 10 wenigstens eine Achse 20 mit wenigstens oder genau zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandeten Rädern 22, welche beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug entlang einer Fahrbahn fährt, auf und an der Fahrbahn abrollen. Des Weiteren umfasst der Antriebsstrang 10 ein optional vorgesehenes Getriebe 24, welches auch als Hauptgetriebe bezeichnet wird. Der Antriebsstrang 10 weist darüber hinaus ein der Achse 20 zugeordnetes und beispielsweise als Differentialgetriebe ausgebildetes Achsgetriebe 26 auf, wobei die Räder 22 über das Achsgetriebe 26 und über das Hauptgetriebe von dem Antriebsmotor 12 angetrieben werden können. Insbesondere werden die Räder 22 über das Achsgetriebe 26 und über das Hauptgetriebe von dem Antriebsmotor 12 in einem Zugbetrieb des Antriebsmotors 12 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs angetrieben. Aus 1 ist erkennbar, dass der Kompressor 18 zusätzlich zu dem Antriebsmotor 12 vorgesehen ist, sodass der Kompressor 18 und der Antriebsmotor 12 jeweilige, einzelne Aggregate sind.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Kompressor 18 über das Getriebe 24 und über das Achsgetriebe 26 von den Rädern 22, insbesondere rein mechanisch, antreibbar, insbesondere in einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs. In dem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs rollt das Kraftfahrzeug beispielsweise entlang einer Fahrbahn, und die Räder 22 rollen an der Fahrbahn ab, wobei die Räder 22 von kinetischer beziehungsweise potentieller Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Dabei wird der Kompressor 18 über das Getriebe 24 und über das Achsgetriebe 26 von den sich drehenden Rädern 22 und somit mittels kinetischer beziehungsweise potentieller Energie des Kraftfahrzeugs, insbesondere rein mechanisch, angetrieben, wobei beispielsweise ein elektrisches Antreiben des Kompressors 18 unterbleibt. Somit wird kinetische beziehungsweise potentielle Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs genutzt, um den Kompressor 18 anzutreiben. Hierdurch wird mittels des Kompressors 18 Luft verdichtet und in den Druckluftspeicher 14 eingespeichert.
Dabei umfasst der Antriebsstrang 10 gemäß der ersten Ausführungsform eine Kupplung 28, welche zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand umgeschaltet werden kann. Um den Kompressor 18 über die Kupplung 28 von den Rädern 22 anzutreiben, ist die Kupplung 28 geschlossen. Dies bedeutet, dass sich die Kupplung 28 in ihrem geschlossenen Zustand befindet. Dann wird der Kompressor 18 in dem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs über die Kupplung 28, über das Getriebe 24 und über das Achsgetriebe 26 von den Rädern 22 und somit mittels kinetischer Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs angetrieben, wodurch der Kompressor 18 Luft verdichtet und in den Druckluftspeicher 14 fördert. Der beispielsweise ohnehin vorgesehene Kompressor 18 ist beispielsweise Bestandteil eines Druckluftversorgungssystems des beispielsweise als Nutzfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Über das Druckluftversorgungssystem kann beispielsweise eine Betriebsbremse zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs mit Druckluft versorgt werden.
Um nun einen besonders effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb des Antriebsstrangs 10 und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, ist beziehungsweise wird der Kompressor 18 in einem Motorbetrieb betreibbar beziehungsweise betrieben. In dem Motorbetrieb wird der Kompressor 18 mit verdichteter Luft aus dem Druckluftspeicher 14 versorgt, wodurch der Kompressor 18 als ein Luftmotor betrieben wird. Dabei werden beispielsweise die Räder 22 über das Achsgetriebe 26, über das Getriebe 24 und über die geschlossene Kupplung 28 von dem Luftmotor 18 angetrieben. Insbesondere kann dadurch der Luftmotor den Antriebsmotor 12 beim Antreiben der Räder 22 unterstützen, wodurch beispielsweise eine starke Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bewirkt werden kann.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Antriebsstrangs 10. Bei der zweiten Ausführungsform weist der Antriebsstrang 10 wenigstens eine elektrische Maschine 30 auf, mittels welcher der Kompressor 18 angetrieben werden kann, um dadurch mittels des Kompressors 18 Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher 14 einspeichern. Bei der zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die elektrische Maschine 30 zusätzlich zu dem Antriebsmotor 12 vorgesehen ist, sodass der Antriebsmotor 12 und die elektrische Maschine 30 einzelne, separate Komponenten sind. Bei der zweiten Ausführungsform kann der Antriebsmotor 12 als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein, oder der Antriebsmotor 12 ist vorzugsweise als eine zweite elektrische Maschine ausgebildet.
Beispielsweise in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs, welches sich beispielsweise in dem Rekuperationsbetrieb in dem zuvor genannten Schubbetrieb befindet, wird beispielsweise die zweite elektrische Maschine insbesondere über das optional vorgesehene Getriebe 24 und über das Achsgetriebe 26 von den Rädern 22 und somit mittels kinetischer beziehungsweise potentieller Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben. Hierdurch wird die zweite elektrische Maschine (Antriebsmotor 12) in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben. Mittels des Generators und somit mittels der zweiten elektrischen Maschine wir die kinetische beziehungsweise potentielle Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt, welche von der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Die elektrische Maschine 30 kann beispielsweise direkt, das heißt ohne die von der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellte elektrische Energie in einer elektrischen Speichereinrichtung zu speichern, mit der von der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellten elektrischen Energie versorgt werden, wodurch die elektrische Maschine 30 in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird. Ferner ist es denkbar, dass die von der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellte elektrische Energie in einer elektrischen Speichereinrichtung wie beispielsweise einer Batterie, insbesondere einer Hochvolt-Batterie, gespeichert wird. Dabei kann die elektrische Maschine 30 mit in der elektrischen Speichereinrichtung gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden, wodurch die elektrische Maschine 30 in dem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird. Mittels der elektrischen Maschine 30 in dem Motorbetrieb der elektrischen Maschine 30 ist beziehungsweise wird der Kompressor 18 antreibbar beziehungsweise angetrieben, wodurch mittels des Kompressors 18 Luft verdichtet und in den Druckluftspeicher 14 eingespeichert wird. Somit ist der Kompressor 18 von der elektrischen Maschine 30 des Antriebsstrangs 10 unter Nutzung von aus kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs gewonnener elektrischer Energie antreibbar, wodurch mittels des Kompressors 18 Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher 14 einspeicherbar ist.
Auch bei der zweiten Ausführungsform ist der Kompressor 18 in seinem Motorbetrieb betreibbar, in welchem der Kompressor 18 mit verdichteter Luft aus dem Druckluftspeicher 14 versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. Hierdurch wird die elektrische Maschine 30 von dem Kompressor 18 angetrieben und somit in ihrem Generatorbetrieb betrieben, sodass mittels der elektrischen Maschine 30 mechanische Energie, die zum Antreiben der elektrischen Maschine 30 von dem Kompressor 18 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umgewandelt wird. Die elektrische Energie wird dabei von der elektrischen Maschine 30 bereitgestellt und kann beispielsweise in der elektrischen Speichereinrichtung gespeichert werden.
3 zeigt eine erste Variante einer Ventileinrichtung 32 des Antriebsstrangs 10. Über die Ventileinrichtung 32 ist der Kompressor 18 mit dem Druckluftspeicher 14 fluidisch verbunden oder verbindbar. Dabei veranschaulicht in 3 ein mit 34 bezeichneter Block den übrigen Antriebsstrang 10. Bei der ersten Variante umfasst die Ventileinrichtung 32 ein Ventilelement 36, welches beispielsweise als elektrisch betätigbares Ventil und dabei beispielsweise als Magnetventil ausgebildet ist. Insbesondere ist das Ventilelement 36 als 4/2-Wegeventil ausgebildet und weist ein gegebenenfalls federbelastetes und integriertes Rückschlagventil 38 auf. Beispielsweise über einen Anschluss 40 des Ventilelements 36 kann der Kompressor 18 dann, wenn mittels des Kompressors 18 Luft verdichtet und in den Druckluftspeicher 14 eingespeichert wird, Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs und somit Umgebungsluft ansaugen und in der Folge verdichten.
4 zeigt eine zweite Variante der Ventileinrichtung 32. Bei der zweiten Variante ist das Rückschlagventil 38 nicht in das Ventilelement 36 integriert, sondern beispielsweise in Strömungsrichtung von von dem Kompressor 18 zu dem Druckluftspeicher 14 strömender Luft stromab des Ventilelements 36 und stromauf des Druckluftspeichers 14 angeordnet. Das Rückschlagventil 38 kann als gesteuertes oder geregeltes Rückschlagventil ausgebildet sein, wobei das Rückschlagventil 38 mittels elektrischem Strom angesteuert werden kann. Durch Ansteuern des Rückschlagventils 38 mit elektrischem Strom wird das Rückschlagventil 38 geöffnet beziehungsweise offen gehalten, sodass durch Ansteuern des Rückschlagventils 38 mit elektrischem Strom ein Schließen des Rückschlagventils 38 verhindert wird. Das Rückschlagventil 38 wird, insbesondere durch Ansteuern mit elektrischem Strom, geöffnet, wenn der Kompressor 18 als Luftmotor verwendet wird.
5 zeigt eine dritte Variante der Ventileinrichtung 32. Bei der dritten Variante ist das Ventilelement 36 beispielsweise als ein 4/3-Wegeventil ausgebildet.
Schließlich zeigt 6 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben des Antriebsstrangs 10. Bei einem Block 42 wird ein in dem Druckluftspeicher 14 herrschender Druck ermittelt, insbesondere erfasst. Der erfasste, aktuelle Druck im Druckluftspeicher 14 wird beispielsweise mit einem Soll-Druck und/oder mit einem Druckbereich verglichen, sodass beispielsweise bei dem Block 42 überprüft wird, ob der aktuelle, erfasste und auch als Ist-Druck bezeichnete Druck in dem Druckbereich liegt. Der Druckbereich erstreckt sich beispielsweise von einer unteren Schwelle bis zu einer oberen Schwelle, wobei die Schwellen zu dem Druckbereich gehören. Die untere Schwelle wird beispielsweise auch als p_smin bezeichnet, wobei die obere Schwelle beispielsweise auch als p_smax bezeichnet wird. Insbesondere in einem Normalbetrieb ist es gewünscht, dass der Ist-Druck zwischen der unteren Schwelle und der oberen Schwelle liegt. Während des Rekuperationsbetriebs wird zugelassen, dass der Ist-Druck die obere Schwelle überschreiten kann, insbesondere bis maximal auf eine zweite obere Schwelle, welche größer als die erste obere Schwelle ist und beispielsweise mit p_Rmax bezeichnet wird. Bei einem Block 44 wird überprüft, ob der ist-Druck geringer als die untere Schwelle ist. Ist dies der Fall, so wird der Ist-Druck bei einem Block 46 auf die obere Schwelle erhöht, insbesondere mittels des Kompressors 18 und insbesondere dadurch, dass mittels des Kompressors 18 Luft verdichtet und in den Druckluftspeicher 14 eingespeichert wird. Wird bei dem Block 44 ermittelt, dass der Ist-Druck nicht geringer als die untere Schwelle ist, so wird bei einem Block 48 überprüft, ob der Ist-Druck geringer als die erste obere Schwelle ist. Ist dies der Fall, so wird bei einem Block 50 überprüft, ob Rekuperationsenergie zum Betreiben des Kompressors 18 zur Verfügung steht. Mit anderen Worten wird bei dem Block 50 überprüft, ob der Kompressor 18 in dem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs von den Rädern 22 beziehungsweise von der elektrischen Maschine 30 angetrieben werden kann. Ist dies nicht der Fall, so unterbleibt bei einem Block 52 ein mittels des Kompressors 18 bewirktes Verdichten und Einspeichern von Luft in den Druckluftspeicher 14, sodass bei dem Block 52 der Kompressor 18 ruht, das heißt deaktiviert bleibt. Steht Rekuperationsenergie zur Verfügung, so wird bei einem Block 54 überprüft, ob der Ist-Druck geringer als die zweite obere Schwelle ist. Ist dies nicht der Fall, so kommt das Verfahren ausgehend von dem Block 54 zu dem Block 52. Wird bei einem Block 54 ermittelt, dass der Ist-Druck geringer als die zweite obere Schwelle ist, so wird bei einem Block 56 die zur Verfügung stehende Rekuperationsenergie genutzt, um den Kompressor 18 zu betreiben und somit um mittels des Kompressors 18 den Ist-Druck bis auf maximal p_Rmax zu erhöhen, insbesondere so lange, wie Rekuperationsenergie beziehungsweise wie kinetische beziehungsweise potentielle Energie des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht.
Bei einem Block 58 wird beispielsweise ermittelt, ob der Ist-Druck größer als die erste obere Schwelle ist. Ist dies nicht der Fall, so kommt das Verfahren zum Block 48. Wird bei dem Block 58 ermittelt, dass der Ist-Druck größer als die erste obere Schwelle ist, so kommt das Verfahren zu einem Block 60. Bei dem Block 60 wird - wie bei dem Block 50 - ermittelt, ob Rekuperationsenergie zum Betreiben des Kompressors 18 zur Verfügung steht. Ist dies der Fall, so kommt das Verfahren zum Block 54. Wird bei dem Block 60 ermittelt, dass keine Rekuperationsenergie zum Betreiben des Kompressors 18 zur Verfügung steht, so kommt das Verfahren zu einem Block 62. Bei dem Block 62 wird beispielsweise ermittelt, ob Antriebsleistung oder eine Leistung zum Starten des Antriebsmotors 12 insbesondere bei Start-Stopp-Betrieb benötigt wird. Ist dies der Fall, so kommt das Verfahren zu einem Block 64. Bei dem Block 64 wird der Kompressor 18 genutzt und in seinem Motorbetrieb betrieben, sodass der Kompressor 18 bei dem Block 64 als der zuvor beschriebene Luftmotor betrieben wird. Dabei wird der Kompressor 18 insbesondere so lange in seinem Motorbetrieb betrieben, bis der Ist-Druck der ersten oberen Schwelle entspricht oder unter die erste obere Schwelle fällt.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: Antriebsmotor
14: Druckluftspeicher
16: Anschluss
18: Kompressor
20: Achse
22: Rad
24: Getriebe
26: Achsgetriebe
28: Kupplung
30: elektrische Maschine
32: Ventileinrichtung
34: Block
36: Ventilelement
38: Rückschlagventil
40: Anschluss
42: Block
44: Block
46: Block
48: Block
50: Block
52: Block
54: Block
56: Block
58: Block
60: Block
62: Block
64: Block

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007061417 A1 [0002]
DE 102016218764 A1 [0003]

Claims

Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Antriebsmotor (12), mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist, mit wenigstens einem Druckluftspeicher (14), und mit einem zusätzlich zu dem Antriebsmotor (12) vorgesehenen Kompressor (18), welcher von einer elektrischen Maschine (30) des Antriebsstrangs (10) unter Nutzung von aus kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs gewonnener elektrischer Energie und/oder in einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs von Rädern (22) des Antriebsstrangs und/oder von dem wenigstens einen Antriebsmotor (12) antreibbar ist, wodurch mittels des Kompressors (18) Luft zu verdichten und in den Druckluftspeicher (14) einspeicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (18) in einem Motorbetrieb betreibbar ist, in welchem der Kompressor (18) mit verdichteter Luft aus dem Druckluftspeicher (14) versorgbar ist, wodurch die elektrische Maschine (30) und/oder die Räder (22) von dem Kompressor (18) antreibbar sind.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (30) der Antriebsmotor (12) ist.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (30) zusätzlich zu dem Antriebsmotor (12) vorgesehen ist.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (12) eine Verbrennungskraftmaschine ist.
Antriebstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kupplung (28), über welche der Kompressor (18) mit einem Getriebe (24) und über das Getriebe (24) mit den Rädern (22) und/oder mit der elektrischen Maschine (30) koppelbar ist.