DE102018208425A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs - Google Patents

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer eine Abtriebswelle (5) zum Bereitstellen von Drehmomenten zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und eine Volllastlinie aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (2), mittels welcher das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle (5) antreibbar ist, und mit wenigstens einer elektrischen Maschine (10), die eine elektrische Betriebsspannung von höchstens 60 Volt aufweist und dazu ausgebildet ist, zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine (2) beim Antreiben des Kraftfahrzeugs die Abtriebswelle (5) anzutreiben, wobei: der Antriebsstrang wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs in zumindest einem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie überschreitet und das maximale Drehmoment der Volllastlinie unterschreitet; und/oder der Antriebsstrang wenigstens einen zweiten Betriebszustand aufweist, in welchem die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie und das maximale Drehmoment der Volllastlinie überschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.
  • Ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, ist aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bekannt. Der Antriebsstrang weist wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche eine Abtriebswelle aufweist. Mittels der Verbrennungskraftmaschine ist das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle antreibbar. Hierzu kann die auch als Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle Drehmomente bereitstellen, mittels welchen das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Insbesondere können mittels der Verbrennungskraftmaschine Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug insgesamt angetrieben werden kann. Außerdem umfasst der Antriebsstrang wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher beispielsweise zum Starten der Verbrennungskraftmaschine deren Abtriebswelle antreibbar ist. Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs ist es somit beispielsweise vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine über deren Abtriebswelle angetrieben wird, sodass die Verbrennungskraftmaschine mittels der elektrischen Maschine angelassen, das heißt gestartet wird, indem die Abtriebswelle mittels der elektrischen Maschine angetrieben wird.
  • Des Weiteren offenbart die EP 1 712 395 A2 eine Vorrichtung zum temporären Vergrößern einer Beschleunigung eines Verbrennungsmotors, mit einem mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Elektromotor.
  • Die DE 10 2006 012 860 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug, mit mindestens einem Verbrennungsmotor und mit mindestens einem Elektromotor, wobei der Verbrennungsmotor und der Elektromotor in einem Hybridbetrieb betreibbar sind.
  • Aus der DE 10 2010 046 048 A1 ist eine Antriebsvorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer elektrischen Maschine bekannt. Der DE 10 2008 027 620 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine als bekannt zu entnehmen. Die DE 10 2014 105 424 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangsystems mit einem elektromechanischen Getriebe, einer Brennkraftmaschine und einem Turbolader.
  • Außerdem war am 13.11.2017 unter der URL (Uniform Resource Locator - einheitlicher Ressourcenzeiger) „http://blog.mercedes-benz-passion.com/2016/06/entwicklung-des-48-volt-bordnetzes-bei-der-daimler-aa/“ ein Artikel aus dem Internet abzurufen, welchem ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug zu entnehmen war, mit wenigstens einer eine Abtriebswelle zum Bereitstellen von Drehmomenten zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und eine Volllastlinie aufweisenden Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle antreibbar ist, und mit wenigstens einer elektrischen Maschine, die eine elektrische Betriebsspannung von höchstens 60 Volt aufweist und dazu ausgebildet ist, zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs die Abtriebswelle anzutreiben.
  • Darüber hinaus war am 13.11.2017 unter der URL „http://www.vdi-nachrichten.com/Technik-Wirtschaft/48-Volt-Systeme-Hybridfahrzeugen-Durchbruchverhelfen“ ein Artikel über 48-Volt-Systeme von Hybridfahrzeugen aus dem Internet abzurufen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb auf besonders bauraum- und gewichtsgünstige Weise realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Der Antriebsstrang umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine Abtriebswelle aufweist. Mittels der Verbrennungskraftmaschine ist das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle antreibbar. Hierzu kann die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise über ihre Abtriebswelle Drehmomente bereitstellen, mittels welchen das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Insbesondere können mittels der von der Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle bereitgestellten Drehmomente Räder des Kraftfahrzeugs und somit das Kraftfahrzeug insgesamt angetrieben werden. Der Antriebsstrang umfasst ferner wenigstens eine elektrische Maschine.
  • Des Weiteren weist die kommende elektrische Maschine eine elektrische Betriebsspannung von höchstens 60 Volt auf und ist dazu ausgebildet ist, zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs die Abtriebswelle anzutreiben. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine dazu ausgebildet, die Abtriebswelle, insbesondere während das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, anzutreiben, um dadurch die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Hierzu kann die Abtriebswelle zumindest vorübergehend ein besonders hohes Drehmoment zum Antreiben, insbesondere zum Beschleunigen, des Kraftfahrzeugs, bereitstellen, wobei dieses hohe Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise von deren befeuerten Betrieb selbst und von dem durch die elektrische Maschine bewirkten Antreiben der Abtriebswelle herrührt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist das Drehmoment, welches von der Abtriebswelle bereitgestellt wird, beispielsweise ein Gesamtdrehmoment, welches ein von der Verbrennungskraftmaschine selbst bereitgestelltes erstes Drehmoment und ein von der elektrischen Maschine bereitgestelltes und auf die Abtriebswelle wirkendes zweites Drehmoment umfasst.
  • Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb des Antriebsstrangs und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt auf besonders bauraum- und gewichtsgünstige Weise zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Antriebsstrang wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs in zumindest einem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie überschreitet und das maximale Drehmoment der Volllastlinie unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich weist der der Antriebsstrang erfindungsgemäß wenigstens einen zweiten Betriebszustand auf, in welchem die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie und das maximale Drehmoment der Volllastlinie überschreitet.
  • Wie allgemein bekannt ist, ist die Volllastlinie ein drehzahlabhängiger, das heißt von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Abtriebswelle abhängiger Verlauf des , insbesondere alleine, das heißt ohne Unterstützung der elektrischen Maschine, von der Verbrennungskraftmaschineüber die Abtriebswelle maximal bereitstellbaren Drehmoments, insbesondere in einem auch als Motorenkennfeld bezeichneten Drehmoment- beziehungsweise Last-Drehzahl-Diagramm. Das maximale Drehmoment der Volllastlinie ist dabei das größte Drehmoment beziehungsweise der größte Wert der Volllastlinie. Mit anderen Worten ist das maximale Drehmoment der Volllastlinie das maximale Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine, das heißt das maximal, insbesondere alleine, von der Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle bereitstellbare Drehmoment, mithin das Maximum der Volllastlinie. Wie ferner allgemein bekannt ist, weist die Volllastlinie ihren maximalen Wert nicht in jedem Drehzahlbereich, das heißt bei jeder Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf, sodass die Verbrennungskraftmaschine das maximale Drehmoment nur in wenigstens einem mit einem Drehzahlbereich der Abtriebswelle beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine korrespondierenden Teil der Volllastlinie aufweist beziehungsweise bereitstellen kann. Üblicherweise liegt das maximale Drehmoment in einem mittleren Teil der Volllastlinie und somit in einem mittleren Drehzahlbereich, während die Volllastlinie in demgegenüber unteren und höheren Drehzahlbereich geringere Werte als den maximalen Wert aufweist.
  • Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise in wenigstens einem gegenüber dem das maximale Drehmoment aufweisenden mittleren Drehzahlbereich unteren und/oder oberen Drehzahlbereich beim Antreiben des Kraftfahrzeugs derart unterstützt, dass das Drehmoment, welches von der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt wird, die Volllastlinie zwar überschreitet, jedoch das maximale Drehmoment, das heißt den maximalen Wert der Volllastlinie unterschreitet.
  • Alternativ oder zusätzlich unterstützt die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs beispielsweise in dem mittleren Drehzahlbereich derart, dass das von der Abtriebswelle bereitgestellte Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs die Volllastlinie und das maximale Drehmoment, das heißt den maximalen Wert der Volllastlinie überschreitet.
  • Insbesondere handelt es sich bei der Betriebsspannung um eine Nominalspannung, wobei dadurch, dass die Betriebs- beziehungsweise Nominalspannung sehr gering ist, Anforderungen an einen Berührschutz vermieden oder besonders gering gehalten werden können. In einem Rekuperationsfall, bei welchem beispielsweise die elektrische Maschine als Generator betrieben und dabei von kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs, insbesondere über wenigstens ein Rad des sich bewegenden Kraftfahrzeugs, angetrieben wird, kann es zu elektrischen Spannungen, insbesondere Betriebsspannungen, von mehr als 58 Volt kommen, welche aber deutlich unter 60 Volt und somit unter der sogenannten Berührschutzgrenze liegen.
  • Somit ist es mittels der elektrischen Maschine möglich, das erste Drehmoment um das zweite Drehmoment zu erhöhen und dadurch das Gesamtdrehmoment bereitzustellen, sodass mittels der elektrischen Maschine eine Drehmomentenüberhöhung darstellbar ist. Hierdurch kann beispielsweise das Kraftfahrzeug zumindest vorübergehend besonders stark beschleunigt werden, sodass mittels der elektrischen Maschine im Rahmen beziehungsweise während des Antreibens des Kraftfahrzeugs ein sogenannter Boost-Betrieb beziehungsweise eine Boost-Funktion darstellbar ist. Dabei können die Teileanzahl, der Bauraumbedarf, die Kosten und das Gewicht des Antriebsstrangs besonders gering gehalten werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die jeweilige Überschreitung der Volllastlinie gelten für den stationären aber insbesondere auch für den instationären Fall, also wenn die Verbrennungskraftmaschine durch ihre etwaig vorgesehene, träge Aufladetechnik noch gar nicht ihr am jeweiligen Betriebspunkt beziehungsweise bei der jeweiligen Drehzahl maximal mögliches Drehmoment erreicht hat. Unter der Aufladetechnik ist insbesondere zu verstehen, dass beispielsweise ein Verdichter vorgesehen ist, mittels welchem der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichtet wird beziehungsweise werden kann.
  • Um einen besonders vorteilhaften Betrieb auf besonders bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die elektrische Betriebsspannung, insbesondere Nennspannung, der elektrischen Maschine höchstens 50 Volt, insbesondere höchstens 48 Volt, beträgt.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die elektrische Maschine dazu ausgebildet ist, zum Starten der Verbrennungskraftmaschine deren Abtriebswelle anzutreiben. Mit anderen Worten, um die Verbrennungskraftmaschine zu starten beziehungsweise anzulassen und somit aus einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand und dabei insbesondere in einen befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu überführen, wird die beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle von der elektrischen Maschine angetrieben. Hierzu wird beispielsweise die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben, welcher Drehmomente zum Antreiben der Abtriebswelle bereitstellt. Im Rahmen des Startens der Verbrennungskraftmaschine wird die Abtriebswelle beispielsweise zumindest so lange von der elektrischen Maschine angetrieben, bis in wenigstens einem beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen, mittels welchen dann die Abtriebswelle angetrieben wird.
  • Die elektrische Maschine kann beispielsweise als Riemen-Starter-Generator oder als Antriebs- oder Kurbelwellen-Starter-Generator ausgebildet sein, dessen Rotor beispielsweise auf der insbesondere als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle angeordnet sein kann. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in ein von der Verbrennungskraftmaschine über deren Abtriebswelle antreibbares Getriebe integriert ist, sodass die elektrische Maschine beispielsweise als integrierter Starter Generator ausgebildet sein kann. Des Weiteren ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in deren Motorgehäuse, integriert ist. Außerdem kann die elektrische Maschine mit oder ohne eine Trennkupplung verwendet werden.
  • Grundsätzlich ist es denkbar, die Verbrennungskraftmaschine mittels wenigstens einer, von der elektrischen Maschine unterschiedlichen und zusätzlich dazu vorgesehenen Zustarteinrichtung anzulassen beziehungsweise zu starten. Bei einer solchen Zustarteinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Ritzelstarter, welcher zur Realisierung einer Motorstartfunktion verwendet wird.
  • Die Teileanzahl und somit der Bauraumbedarf und das Gewicht können jedoch besonders gering gehalten werden, da der elektrischen Maschine zumindest eine Doppelfunktion zukommt. Einerseits wird die elektrische Maschine zum Starten beziehungsweise Anlassen der Verbrennungskraftmaschine genutzt. Andererseits wird elektrische Maschine genutzt, um die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs zu unterstützen und somit beispielsweise den Boost-Betrieb zu realisieren. Die elektrische Maschine ist insbesondere dazu ausgebildet, zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs die Abtriebswelle, insbesondere mechanisch und/oder direkt, anzutreiben. Somit wirkt die elektrische Maschine, insbesondere über ihren Rotor, mechanisch auf die Abtriebswelle.
  • Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Hybridantriebe für Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise wenigstens einen Verbrennungsmotor und wenigstens eine insbesondere als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine. Der Einsatz einer solchen elektrischen Maschine bei einem Hybridantrieb ermöglicht es, insbesondere durch geschicktes Ansteuern der elektrischen Maschine unerwünschte Effekte der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Verbrennungsmotors zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei turboaufgeladenen Verbrennungsmotoren der Fall, da beispielsweise durch entsprechendes Ansteuern der elektrischen Maschine und insbesondere durch die zuvor genannte Drehmomentenüberhöhung das sogenannte Turboloch mittels der elektrischen Maschine überbrückt, das heißt kompensiert werden kann. Hierzu wird der Verbrennungsmotor mittels der elektrischen Maschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs unterstützt. Mittels der elektrischen Maschine ist es möglich, zusätzliche, von der elektrischen Maschine bereitgestellte Leistungen in den Antriebsstrang einzuspeisen, insbesondere in Abhängigkeit von einer gewünschten Beschleunigung beziehungsweise einem gewünschten oder benötigten Drehmoment.
  • Bei einem solchen herkömmlichen Hybridantrieb wird der Verbrennungsmotor meist kleiner ausgeführt als bei einem konventionellen Antriebsstrang, in welchem lediglich der Verbrennungsmotor, nicht jedoch eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Durch diese, gegenüber einem konventionellen Antriebsstrang kleinere Ausführung der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Verbrennungsmotors weist dieser gegenüber dem konventionellen Antriebsstrang eine geringere Leistung auf, wobei eine Differenz zwischen der Leistung der Verbrennungskraftmaschine in einem konventionellen Antriebsstrang und der Leistung der Verbrennungskraftmaschine in einem Hybridantrieb mittels des Elektromotors zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, kompensiert werden kann.
  • Die elektrische Maschine beziehungsweise der Elektromotor wird somit als Hybridmotor eingesetzt, um den Verbrennungsmotor beim Antreiben des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Üblicherweise ist der Hybridmotor eine Hochvolt-Komponente, welche eine elektrische Betriebsspannung von mehr als 50 Volt, insbesondere von mehreren einhundert Volt, aufweist. Somit handelt es sich bei einem solchen Hybridmotor üblicherweise um einen extra beziehungsweise speziell verbauten Elektromotor, welcher - insbesondere im Vergleich zu einem konventionellen Antriebsstrang - zusätzlichen Bauraum benötigt und zu einem Gewicht des Kraftfahrzeugs insgesamt führt.
  • Diese Probleme und Nachteile können nun mittels des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs vermieden werden, da der Antriebsstrang nicht als spezieller Hybridantriebsstrang mit einem für Antriebszwecke eingebauten Hybridmotor realisiert wird, sondern der erfindungsgemäße Antriebsstrang geht aus von einem konventionellen Antriebsstrang und nutzt die für einen solchen konventionellen Antriebsstrang vorgesehene, ohnehin zum Einsatz kommende Verbrennungskraftmaschine als Verbrennungsmotor. Ferner nutzt der erfindungsgemäße Antriebsstrang - ausgehend von einem konventionellen Antriebsstrang - die elektrische Maschine, deren Funktion zum Starten beziehungsweise Anlassen der Verbrennungskraftmaschine um die Funktion zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs erweitert wird.
  • Die elektrische Maschine ist beispielsweise ein Kurbelwellenstartergenerator (KSG), welcher beispielsweise koaxial zu der beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle angeordnet und mit dieser drehfest verbunden oder verbindbar ist. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine ein Riemen-Starter-Generator ist, dessen Drehachse beispielsweise desachsiert zu einer Drehachse der Abtriebswelle angeordnet ist und beispielsweise parallel zur Drehachse der Abtriebswelle verläuft.
  • Dabei wird beispielsweise die elektrische Betriebsspannung der elektrischen Maschine im Vergleich zu dem konventionellen Antriebsstrang nicht oder nur geringfügig angehoben und beträgt dabei höchstens 60 Volt, insbesondere höchstens 50 Volt, wobei die elektrische Betriebsspannung vorzugsweise geringer als 60 Volt, insbesondere geringer als 50 Volt, ist und vorzugsweise mindestens 12 Volt beträgt oder größer als 12 Volt ist. Hierdurch verfügt die vorzugsweise als Elektromotor betreibbare elektrische Maschine über hinreichend Leistung, um nicht nur die Verbrennungskraftmaschine zu starten, sondern auch um die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise in dynamischen Lastfällen durch ein zusätzlich eingespeistes Drehmoment zu unterstützen, indem die elektrische Maschine ein Drehmoment bereitstellt, welches auf die Abtriebswelle übertragen wird. Hierdurch kann eine Drehmomentunterstützung realisiert werden, in deren Rahmen die Abtriebswelle nicht nur durch in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in wenigstens einem beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, ablaufende Verbrennungsvorgänge, sondern zusätzlich auch durch ein von der elektrischen Maschine bereitgestelltes Drehmoment angetrieben wird. Diese Drehmomentunterstützung kann beispielsweise zur Überbrückung von Turbolöchern und/oder zur zuvor beschriebenen Drehmomentüberhöhung genutzt werden, um ein besonders hohes maximales Antriebsmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu realisieren. Ferner ist es denkbar, die Drehmomentunterstützung in dynamischen Lastfällen zu nutzen, um ein besonders vorteilhaftes Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Durch die Drehmomentunterstützung ist beispielsweise möglich, die Abtriebswelle und somit das Kraftfahrzeug besonders stark und somit in kurzer Zeit auf hohe Drehzahlen zu beschleunigen.
  • Anders als bei speziellen Hybridfahrzeugen, die üblicherweise über wenigstens einen Hochvolt-Elektromotor mit mehreren einhundert Volt Spannung verfügen, der sowohl als Generator als auch als Elektromotor betrieben werden kann, benötigt der erfindungsgemäße Antriebsstrang keinen zusätzlichen Elektromotor, da die bei einem konventionellen Antriebsstrang ohnehin zum Einsatz kommende elektrische Maschine, insbesondere als Niedervolt-Komponente mit einer elektrischen Betriebsspannung von weniger als 60 Volt, insbesondere weniger als 50 Volt, verwendet wird. Im Vergleich zu einem konventionellen Antriebsstrang wird die elektrische Maschine beispielsweise lediglich stärker ausgeführt, indem ihre elektrische Betriebsspannung erhöht wird und/oder indem die elektrische Maschine im Vergleich zu dem konventionellen Antriebsstrang an anderer Stelle in den Antriebsstrang eingebunden. Dadurch können sowohl der Bauraumbedarf als auch das Gewicht des Antriebsstrangs in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die elektrische Betriebsspannung der elektrischen Maschine höchstens 48 Volt. Hierdurch kann beispielsweise die zuvor genannte Boost-Funktion als 48-Volt-Boost-Funktion ausgestaltet werden, sodass einerseits der Bauraumbedarf und das Gewicht des Antriebsstrangs besonders gering gehalten werden können und andererseits hinreichend starke Beschleunigungen der Abtriebswelle und des Kraftfahrzeugs insgesamt mittels der elektrischen Maschine gewährleistet werden können.
  • Insbesondere sind unterschiedliche Arten beziehungsweise Ausbaustufen der Boost-Funktion, insbesondere der 48-Volt-Boost-Funktion möglich. Beispielsweise kann die Boost-Funktion genutzt werden, um ein Instationärverhalten eines Turboladers beziehungsweise einer Turboaufladung der Verbrennungskraftmaschine zu kompensieren, um das sogenannte Turboloch zu vermeiden oder zumindest gering zu halten. Dabei wird beispielsweise die stationäre Volllastlinie der Verbrennungskraftmaschine nicht überschritten, jedoch ist ein dynamischeres Ansprechverhalten darstellbar.
  • Des Weiteren kann ein zumindest kurzzeitiges beziehungsweise vorübergehendes Überschreiten der Volllastlinie der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, insbesondere im unteren und oberen Drehzahlbereich, jedoch nicht über das Maximalmoment der Verbrennungskraftmaschine hinaus, welches üblicherweise im mittleren Drehzahlbereich anliegt. Außerdem kann ein Überschreiten der stationären Volllastlinie der Verbrennungskraftmaschine über deren Maximalmoment hinaus bewirkt werden, indem beispielsweise ein von der elektrischen Maschine bereitgestelltes und auf die Abtriebswelle übertragenes Drehmoment, welches beispielsweise auch als 48-Volt-Moment bezeichnet wird, in zumindest nahezu allen Drehzahlbereichen addiert wird.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die elektrische Maschine einen Stator und einen um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbaren Rotor auf, welcher koaxial zur Abtriebswelle angeordnet ist. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden. Dabei ist der Rotor beispielsweise auf der Abtriebswelle angeordnet.
  • Um die Teileanzahl und das Gewicht besonders gering zu halten, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Rotor drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist.
  • Um einen besonders effizienten Betrieb zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb als Generator betreibbar ist, welcher von der Abtriebswelle antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. In dem Generatorbetrieb stellt die Abtriebswelle, welche beispielsweise von in der Verbrennungskraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgängen angetrieben wird, mechanische Energie bereit, welche dem Generator zugeführt wird. Somit wird der Generator von der mechanischen Energie angetrieben. Mittels des Generators wird zumindest ein Teil der mechanischen Energie in elektrische Energie umgewandelt, die von dem Generator bereitgestellt wird. Die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie kann beispielsweise wenigstens einem elektrischen Verbraucher des Antriebsstrangs, insbesondere direkt, zugeführt und/oder in wenigstens einen zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildeten Energiespeicher eingespeist werden, welcher beispielsweise als Batterie, insbesondere als Niedervolt-Batterie, ausgebildet ist. Dabei weist der Energiespeicher vorzugsweise eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, auf, welche höchstens 60 Volt, insbesondere höchstens 50 Volt, beträgt und vorzugsweise geringer als 60 Volt, insbesondere geringer als 50 Volt, ist und mindestens 12 Volt beträgt oder größer als 12 Volt ist. Insbesondere beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, des Energiespeichers 48 Volt. Dabei ist beispielsweise die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgbar, wodurch beispielsweise die elektrische Maschine mittels in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie in dem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden kann.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs. Bei dem Verfahren wird das Kraftfahrzeug mittels einer eine Abtriebswelle aufweisenden Verbrennungskraftmaschine angetrieben, indem das Kraftfahrzeug beispielsweise von der Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle angetrieben wird. Ferner weist der Antriebsstrang wenigstens eine elektrische Maschine auf.
  • Die elektrische Maschine wird dabei mit einer elektrischen Betriebsspannung von höchstens 60 Volt, insbesondere höchstens 50 Volt, betrieben, während die elektrische Maschine die Abtriebswelle antreibt, um dadurch die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.
  • Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb auf bauraum- und gewichtsgünstige Weise zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Antriebsstrang in wenigstens einem ersten Betriebszustand betrieben wird, in welchem die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs in zumindest einem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine mittels der elektrischen Maschine derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie überschreitet und das maximale Drehmoment der Volllastlinie unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang in wenigstens einen zweiten Betriebszustand betrieben wird, in welchem die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie und das maximale Drehmoment der Volllastlinie überschreitet. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine mittels der elektrischen Maschine gestartet wird, indem mittels der elektrischen Maschine die Abtriebswelle angetrieben wird.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen; und
    • 2 eine schematische Darstellung des Motorenkennfelds einer Verbrennungskraftmaschine des Antriebsstrangs.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Der Antriebsstrang 1 umfasst wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine 2, welche auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel als Hubkolbenmaschine ausgebildet. Dabei umfasst die Verbrennungskraftmaschine 2 ein beispielsweise als Kurbelgehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Motorgehäuse 3, durch welches wenigstens ein Brennraum 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 gebildet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass durch das Motorgehäuse 3 mehrere Brennräume 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 gebildet sind. Dabei ist der jeweilige Brennraum 4 als Zylinder ausgebildet.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 weist eine Abtriebswelle 5 auf, welche beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildet ist. Die Abtriebswelle 5 ist drehbar an dem Motorgehäuse 3 gelagert und kann sich somit um eine Drehachse 6 relativ zu dem Motorgehäuse 3 drehen. In dem jeweiligen Brennraum 4 ist ein in den Fig. nicht erkennbarer Kolben, insbesondere translatorisch, bewegbar aufgenommen, sodass sich beispielsweise der jeweilige Kolben relativ zu dem Motorgehäuse 3 translatorisch hin- und herbewegen kann. Der jeweilige Kolben ist gelenkig mit einem Pleuel gekoppelt, welches wiederum gelenkig mit der Abtriebswelle 5 gekoppelt ist. Durch diese gelenkige Kopplung des jeweiligen Kolbens über das jeweilige Pleuel mit der Abtriebswelle 5 können die jeweiligen translatorischen Bewegungen des jeweiligen Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle 5 um ihre Drehachse 6 relativ zum Motorgehäuse 3 umgewandelt werden.
  • Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 2, das heißt während die Verbrennungskraftmaschine 2 aktiviert ist, laufen in dem jeweiligen Brennraum 4 Verbrennungsvorgänge ab. Durch diese Verbrennungsvorgänge wird der jeweilige Kolben angetrieben, sodass der jeweilige Kolben über das Pleuel ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 5 ausübt. Hierdurch wird die Abtriebswelle 5 durch die in der Verbrennungskraftmaschine 2, insbesondere in den Brennräumen 4, ablaufenden Verbrennungsvorgänge angetrieben und dadurch um die Drehachse 6 relativ zu dem Motorgehäuse 3 gedreht. Hierdurch stellt die Abtriebswelle 5 beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine 2 über die Abtriebswelle 5 wenigstens ein Drehmoment bereit, mittels welchem Räder 15 des Antriebsstrangs 1 und somit das Kraftfahrzeug insgesamt angetrieben werden können.
  • Der Antriebsstrang 1 umfasst ein auch als Hauptgetriebe bezeichnetes Getriebe 7, über welches die von der Verbrennungskraftmaschine 2 über die Abtriebswelle 5 bereitgestellten Drehmomente auf die Räder 15 übertragen werden. Die Räder 15 sind dabei Räder einer Achse 8 des Antriebsstrangs 1, wobei die Achse 8 beispielsweise als Hinterachse oder aber als Vorderachse ausgebildet ist. Die Achse 8 weist dabei ein auch als Achsgetriebe oder Differentialgetriebe bezeichnetes Differential 9 auf, über welches die Räder 15 von der Verbrennungskraftmaschine 2, das heißt von der Abtriebswelle 5 angetrieben werden können.
  • Der Antriebsstrang 1 weist ferner wenigstens eine elektrische Maschine 10 auf, mittels welcher zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 2 deren Abtriebswelle 5 antreibbar ist. Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben des Antriebsstrangs 1 ist es somit vorgesehen, dass die Räder 15 und somit das Kraftfahrzeug insgesamt von der Verbrennungskraftmaschine 2 über die Abtriebswelle 5 angetrieben werden. Ferner ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine 2 mittels der elektrischen Maschine 10 gestartet, das heißt angelassen wird, indem mittels der elektrischen Maschine 10 die Abtriebswelle 5 angetrieben wird. Unter dem Starten beziehungsweise Anlassen der Verbrennungskraftmaschine 2 ist zu verstehen, dass durch das Starten der Verbrennungskraftmaschine 2 diese aus ihrem deaktivierten beziehungsweise unbefeuerten Zustand in den befeuerten Betrieb überführt wird. Im Rahmen des Startens der Verbrennungskraftmaschine 2 wird die Abtriebswelle 5 von der elektrischen Maschine 10 beispielsweise zumindest solange angetrieben, bis die Abtriebswelle 5 von den in den Brennräumen 4 ablaufenden Verbrennungsvorgängen über die Kolben angetrieben wird.
  • Um die Abtriebswelle 5 anzutreiben und somit die Verbrennungskraftmaschine 2 zu starten, wird die elektrische Maschine 10 in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Hierzu umfasst der Antriebsstrang 1 beispielsweise einen zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildeten Energiespeicher 11, welcher beispielsweise als Batterie, insbesondere als Niedervolt-Batterie (NV-Batterie), ausgebildet ist. In dem Motorbetrieb wird die elektrische Maschine 10 mit in dem Energiespeicher 11 gespeicherter elektrischer Energie versorgt und dadurch als Elektromotor betrieben.
  • Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb des Antriebsstrangs 1 und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren und dabei das Gewicht und den Bauraumbedarf des Antriebsstrangs 1 besonders gering halten zu können, weist die elektrische Maschine 10 eine Betriebsspannung von höchstens 50 Volt, insbesondere eine Betriebsspannung von weniger als 50 Volt, auf. Insbesondere beträgt die elektrische Betriebsspannung der elektrischen Maschine 10 48 Volt, sodass die elektrische Maschine 10 beispielsweise als 48-Volt-Maschine beziehungsweise als 48-Volt-System ausgeführt ist. Vorzugsweise ist die elektrische Betriebsspannung der elektrischen Maschine 10 mindestens 12 Volt oder höher als 12 Volt.
  • Des Weiteren ist die elektrische Maschine 10 dazu ausgebildet, zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine 2 beim Antreiben der Räder 15 und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt die Abtriebswelle 5 anzutreiben. Mit anderen Worten ist es im Rahmen des genannten Verfahrens vorgesehen, dass die elektrische Maschine 11 mit einer elektrischen Betriebsspannung von höchstens 50 Volt, vorzugsweise von weniger als 50 Volt, betrieben wird, wobei zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine 2 beim Antreiben des Kraftfahrzeugs die elektrische Maschine 10 als Elektromotor die Abtriebswelle 5 antreibt.
  • Die elektrische Maschine 10 ist somit vorzugsweise als Niedervolt-Komponente ausgebildet, deren elektrische Betriebsspannung weniger als 50 Volt, insbesondere Gleichspannung oder Wechselspannung, ist. Somit ist vorzugsweise auch der Energiespeicher 11 als Niedervolt-Komponente ausgebildet, deren elektrische Betriebsspannung weniger als 50 Volt, insbesondere Wechselspannung oder Gleichspannung, beträgt. Mit anderen Worten stellt der Energiespeicher 11 vorzugsweise höchstens eine elektrische Spannung von 50 Volt bereit, mit welcher die elektrische Maschine 10, insbesondere in dem Motorbetrieb, versorgt wird.
  • Der Antriebsstrang 1 ist somit nicht etwa als spezieller Hybridantrieb ausgebildet, der eine gegenüber einem konventionellen Antriebsstrang schwächer ausgelegte Verbrennungskraftmaschine und einen extra verbauten Hybridmotor aufweist, sondern der Antriebsstrang 1 ist ausgehend von einem konventionellen Antriebsstrang geschaffen, sodass bei dem Antriebsstrang 1 die Verbrennungskraftmaschine 2 ein normaler, bei einem konventionellen Antriebsstrang zum Einsatz kommender Verbrennungsmotor ist, und die elektrische Maschine 10 ist eine bereits bei dem konventionellen Antriebsstrang zum Einsatz kommende beziehungsweise vorhandene elektrische Maschine. Dadurch, dass die elektrische Betriebsspannung der elektrischen Maschine 10 höchstens 50 Volt beträgt, können einerseits der Bauraumbedarf und das Gewicht des Antriebsstrangs 1 gering gehalten werden. Andererseits kann die elektrische Maschine 10 hinreichend hohe elektrische Leistungen und Drehmomente bereitstellen, um die Verbrennungskraftmaschine 2 beim Antreiben des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.
  • Um dabei den Bauraumbedarf besonders gering halten zu können, weist die elektrische Maschine 10 einen Stator 12 und einen Rotor 13 auf, welcher um eine Drehachse 14 relativ zu dem Stator 12 und insbesondere relativ zu dem Motorgehäuse 3 drehbar ist. Dabei ist der Rotor 13 koaxial zur Abtriebswelle 5 angeordnet, sodass die Drehachse 14 mit der Drehachse 6 zusammenfällt. Dabei ist beispielsweise der Rotor 13 auf der Abtriebswelle 5 angeordnet und/oder drehfest mit der Abtriebswelle 5 verbunden.
  • Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 10 in einem Generatorbetrieb als Generator betreibbar ist, welcher von der Abtriebswelle 5 angetrieben wird. Hierdurch kann beispielsweise ein Teil von mechanischer Energie, die von der Verbrennungskraftmaschine 2 über die Abtriebswelle 5 bereitgestellt und dem Generator zugeführt wird, mittels des Generators in elektrische Energie umgewandelt werden, welche beispielsweise in dem Energiespeicher 11 gespeichert werden kann. Dadurch kann eine Lastpunktverschiebung beziehungsweise ein Rekuperationsbetrieb dargestellt werden.
  • Durch die Möglichkeit, dass die Abtriebswelle 5 sowohl von in der Verbrennungskraftmaschine 2 ablaufenden Verbrennungsvorgängen als auch von der elektrischen Maschine 10 angetrieben wird, kann die Abtriebswelle 5 ein besonders hohes Antriebsdrehmoment bereitstellen, mittels welchem die Drehachse 6 angetrieben werden kann. Dieses Antriebsdrehmoment ist ein Gesamtmoment oder ein Gesamtdrehmoment, welches ein erstes Drehmoment und ein zweites Drehmoment umfasst. Das erste Drehmoment resultiert daraus, dass die Abtriebswelle 5 von dem Kolben mittels der in der Verbrennungskraftmaschine 2 ablaufenden Verbrennungsvorgänge angetrieben wird. Das zweite Drehmoment wird von der elektrischen Maschine 10 bereitgestellt und auf die Abtriebswelle 5 übertragen. Dadurch kann das erste Drehmoment um das zweite Drehmoment zu dem Gesamtmoment erhöht werden, sodass mittels der elektrischen Maschine 10 eine Drehmomentüberhöhung beziehungsweise eine Drehmomentunterstützung realisiert werden kann. Durch diese Drehmomentunterstützung kann beispielsweise die Abtriebswelle 5 zumindest vorübergehend besonders stark und somit in kurzer Zeit auf hohe Drehzahlen beschleunigt werden, wodurch das Kraftfahrzeug insgesamt beschleunigt werden kann. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Boost-Betrieb realisiert werden.
  • Ferner ist es denkbar, durch die Drehmomentunterstützung Turbolöcher zu kompensieren, insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine 2 als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Hierzu ist beispielsweise ein Abgasturbolader vorgesehen, welcher eine Turbine und einen Verdichter aufweist. Die Turbine ist beispielsweise von Abgas aus den Brennräumen 4 antreibbar, wobei der Verdichter von der Turbine antreibbar ist. Mittels des Verdichters kann Luft, die den Brennräumen 4 zugeführt wird, verdichtet werden, wodurch ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 darstellbar ist. Ferner kann die elektrische Maschine 10 durch die Drehmomentunterstützung in dynamischen Lastfällen genutzt werden, um die Verbrennungskraftmaschine 2 beim Antreiben des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Hierdurch kann ein besonders vorteilhaftes Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine 2 beziehungsweise des Antriebsstrangs 1 insgesamt dargestellt werden.
  • 2 zeigt schematisch das Motorenkennfeld der Verbrennungskraftmaschine 2. Das Motorenkennfeld ist ein Drehmoment- beziehungsweise Last-Drehzahl-Diagramm, auf dessen Abszisse 16 die Drehzahl der Abtriebswelle 5 und somit der Verbrennungskraftmaschine 2 aufgetragen ist. Auf der Ordinate 17 ist die Last beziehungsweise das Drehmoment aufgetragen, welches von der Abtriebswelle 5, das heißt alleine von der Verbrennungskraftmaschine 2 und somit ohne Unterstützung der elektrischen Maschine 10 über die Abtriebswelle 5 bereitgestellt wird, insbesondere um die Räder 15 und somit das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Verbrennungskraftmaschine 2 weist des Weiteren eine Volllastlinie 18 auf, welche in dem Motorenkennfeld gezeigt ist. Die Volllastlinie 18 ist ein von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 2 abhängiger Verlauf des maximal alleine von der Verbrennungskraftmaschine 2, das heißt ohne Unterstützung der elektrischen Maschine 10, über die Abtriebswelle 5 bereitstellbaren Drehmoments. Das jeweilige Drehmoment, das alleine von der Verbrennungskraftmaschine 2 über die Abtriebswelle 5 bereitgestellt wird, wird auch als Last bezeichnet, sodass auf der Ordinate 17 die Last aufgetragen ist, bei oder mit der die Verbrennungskraftmaschine 2 betrieben wird.
  • Aus 2 ist besonders gut erkennbar, dass die Volllastlinie 18 in ihrem mittleren Teil T1 ihren maximalen, das heißt höchsten oder größten Wert, mithin ihr Maximum aufweist. Der mittlere Teil T1 korrespondiert mit einem ersten beziehungsweise mittleren Drehzahlbereich B1 der Verbrennungskraftmaschine 2. Der maximale Wert der Volllastlinie ist das maximale Drehmoment max der Volllastlinie 18, das heißt das höchste oder größte auf der Volllastlinie liegende Drehmoment. Mit anderen Worten ist der größte Wert der Volllastlinie 18, das heißt das maximale Drehmoment max der Volllastlinie 18 das bezogen auf die Volllastlinie 18 insgesamt maximale Drehmoment, das alleine von der Verbrennungskraftmaschine 2 über die Abtriebswelle 5 bereitstellbar ist. In einem zweiten Teil T2 und in einem dritten Teil T3 weist die Volllastlinie ausschließlich Werte auf, die gegenüber dem größten Wert der Volllastlinie 18 geringer sind. Der Teil T2 korrespondiert dabei mit einem gegenüber dem Drehzahlbereich B1 geringeren beziehungsweise unteren Drehzahlbereich B2, wobei der Teil T3 mit einem gegenüber dem Drehzahlbereich B1 höheren beziehungsweise oberen Drehzahlbereich B3 korrespondiert. Die Verbrennungskraftmaschine 2 alleine kann somit über die Abtriebswelle 5 das maximale Drehmoment max nur in dem Drehzahlbereich B1, nicht jedoch in den Drehzahlbereichen B2 und B3 bereitstellen.
  • Um nun eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit zu realisieren, ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Antriebsstrang 1 wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem die elektrische Maschine 10 die Verbrennungskraftmaschine 2 beim Antreiben des Kraftfahrzeugs in dem Drehzahlbereich B2 und/oder in dem Drehzahlbereich B3 derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle 5 bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie 18 überschreitet und das maximale Drehmoment max der Volllastlinie 18 unterschreitet. Der erste Betriebszustand ist in 2 am Beispiel des Drehzahlbereiches B2 veranschaulicht. In dem Drehzahlbereich B2 kann die Verbrennungskraftmaschine 2 alleine höchstens das jeweilige, auf der Volllastlinie 18 liegende Drehmoment bereitstellen. Nun unterstützt die elektrische Maschine 10 die Verbrennungskraftmaschine 2 jedoch derart, dass die Abtriebswelle 2 ein Drehmoment D1 bereitstellt, welches die Volllastlinie 18 überschreitet, jedoch das maximale Drehmoment max unterschreitet.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Antriebsstrang 1 wenigstens einen zweiten Betriebszustand aufweist, in welchem die elektrische Maschine 10 die Verbrennungskraftmaschine 2 beim Antreiben des Kraftfahrzeugs derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle 5 bereitgestelltes Drehmoment D2 die Volllastlinie 18 und das maximale Drehmoment max der Volllastlinie 18 beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine 2 alleine überschreitet. Auch der zweite Betriebszustand ist besonders gut aus 2 erkennbar. Die elektrische Maschine 10 unterstützt die Verbrennungskraftmaschine 10 beim Antreiben des Kraftfahrzeugs in dem Drehzahlbereich B1 derart, dass die Abtriebswelle 5 das Drehmoment D2 bereitstellt, welches größer als das maximale Drehmoment max ist, wobei in dem Drehzahlbereich B1 die Verbrennungskraftmaschine 2 alleine höchstens das maximale Drehmoment max bereitstellen kann. In dem jeweiligen Betriebszustand stellt die Verbrennungskraftmaschine 2 über die Abtriebswelle 5 beispielsweise ein jeweiliges, auf der Volllastlinie 18 liegendes erstes Drehmoment oder ein gegenüber der Volllastlinie 18 geringeres erstes Drehmoment bereit, die elektrische Maschine 10 stellt währenddessen jedoch ein zweites Drehmoment bereit, sodass die Summe aus alleine von der Verbrennungskraftmaschine 2 bereitgestelltem erstem Drehmoment und von der elektrischen Maschine 10 bereitgestelltem zweitem Drehmoment das jeweilige Drehmoment D1 beziehungsweise D2 ergibt, das jeweils größer als das erste Drehmoment ist und die Volllastlinie 18 überschreitet. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb des Kraftfahrzeugs auf kosten- und gewichtsgünstige Weise dargestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Verbrennungskraftmaschine
    3
    Motorgehäuse
    4
    Brennraum
    5
    Abtriebswelle
    6
    Drehachse
    7
    Getriebe
    8
    Achse
    9
    Differential
    10
    elektrische Maschine
    11
    Energiespeicher
    12
    Stator
    13
    Rotor
    14
    Drehachse
    15
    Rad
    16
    Abszisse
    17
    Ordinate
    18
    Volllastlinie
    B1
    Drehzahlbereich
    B2
    Drehzahlbereich
    B3
    Drehzahlbereich
    D1
    Drehmoment
    D2
    Drehmoment
    max
    maximales Drehmoment
    T1
    Teil
    T2
    Teil
    T3
    Teil
  • 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
    • EP 1712395 A2 [0003]
    • DE 102006012860 A1 [0004]
    • DE 102010046048 A1 [0005]
    • DE 102008027620 A1 [0005]
    • DE 102014105424 A1 [0005]

Claims (8)

  1. Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer eine Abtriebswelle (5) zum Bereitstellen von Drehmomenten zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und eine Volllastlinie aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (2), mittels welcher das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle (5) antreibbar ist, und mit wenigstens einer elektrischen Maschine (10), die eine elektrische Betriebsspannung von höchstens 60 Volt aufweist und dazu ausgebildet ist, zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine (2) beim Antreiben des Kraftfahrzeugs die Abtriebswelle (5) anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass: - der Antriebsstrang wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs in zumindest einem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie überschreitet und das maximale Drehmoment der Volllastlinie unterschreitet; und/oder - der Antriebsstrang wenigstens einen zweiten Betriebszustand aufweist, in welchem die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie und das maximale Drehmoment der Volllastlinie überschreitet.
  2. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betriebsspannung der elektrischen Maschine (10) höchstens 50 Volt, insbesondere höchstens 48 Volt, beträgt.
  3. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) dazu ausgebildet ist, zum Starten der Verbrennungskraftmaschine (2) deren Abtriebswelle (5) anzutreiben.
  4. Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) einen Stator (12) und einen um eine Drehachse (14) relativ zu dem Stator (12) drehbaren Rotor (13) aufweist, welcher koaxial zur Abtriebswelle (5) angeordnet ist.
  5. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (13) drehfest mit der Abtriebswelle (5) verbunden ist.
  6. Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) in einem Generatorbetrieb als Generator betreibbar ist, welcher von der Abtriebswelle (5) antreibbar ist.
  7. Verfahren zum Betreiben eines wenigstens eine elektrische Maschine (10) aufweisenden Antriebsstrangs (1) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem das Kraftfahrzeug mittels einer eine Abtriebswelle (5) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (2) des Antriebsstrangs (1) angetrieben wird, wobei die elektrische Maschine (10) mit einer elektrischen Betriebsspannung von höchstens 60 Volt betrieben wird und zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine (2) beim Antreiben des Kraftfahrzeugs die Abtriebswelle (5) antreibt; dadurch gekennzeichnet, dass: - der Antriebsstrang in wenigstens einem ersten Betriebszustand betrieben wird, in welchem die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs in zumindest einem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine mittels der elektrischen Maschine derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie überschreitet und das maximale Drehmoment der Volllastlinie unterschreitet; und/oder - der Antriebsstrang in wenigstens einen zweiten Betriebszustand betrieben wird, in welchem die Verbrennungskraftmaschine beim Antreiben des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine derart unterstützt, dass ein von der Abtriebswelle bereitgestelltes Drehmoment die Volllastlinie und das maximale Drehmoment der Volllastlinie überschreitet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (2) mittels der elektrischen Maschine (10) gestartet wird, indem mittels der elektrischen Maschine (10) die Abtriebswelle (5) angetrieben wird.
DE102018208425.4A 2018-05-28 2018-05-28 Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs Pending DE102018208425A1 (de)

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