DE102022101822A1

DE102022101822A1 - Antriebsanordnung für ein Hybridelektrokraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022101822A1
Application number: DE102022101822.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kuske; Christian Winge Vigild; Bas van den Heuvel; Wilbert Hemink
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2023-07-27
Also published as: DE102022101822A8

Abstract

Es wird eine Antriebsanordnung (1) für ein Hybridelektrokraftfahrzeug (40) beschrieben, welche einen als Antriebsmotor ausgelegten Verbrennungsmotor (2) mit einem Lader, welcher einen Kompressor (17) umfasst, und einen als Antriebsmotor ausgelegten Elektromotor (3) umfasst. Der Elektromotor (3) ist mechanisch mit dem Kompressor (17) zum Betrieb des Kompressors (17) verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Hybridelektrokraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betrieb der Antriebsanordnung und ein Hybridelektrokraftfahrzeug.
Die Installation eines Verbrennungsmotors im Motorraum eines Fahrzeugs ist regelmäßig mit Herausforderungen verbunden. Ein entscheidender Grund hierfür ist die zunehmende Anzahl an zusätzlichen Komponenten, welche gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor im Motorraum angeordnet werden müssen sowie die individuellen Größen der entsprechenden Komponenten. Üblicherweise erfordert ein Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug als weitere Komponenten einen Turbolader, ein Abgasnachbehandlungssystem, Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführungssysteme, Ladeluftkühler, Heizsysteme, Hochtemperatur- und Niedrigtemperatur-Basismotor- und Komponenten-Kühlsysteme, verschiedene Pumpen, insbesondere Öl-, Brennstoff-, Kühlmittel- und Vakuum-Pumpen, und Antriebssysteme, etc.
Die erforderliche Ausdehnung vieler dieser Komponenten wird zunehmend größer im Zusammenhang mit Anforderungen für eine höhere Motor Performance und steigende Emission Erfordernisse. Bauraumbeschränkungen führen auf der anderen Seite zu einer Beschränkung der Anzahl und der Größe der Komponenten und können es erfordern, bestimmte Komponenten weiter entfernt von dem Basismotor zu positionieren. Dieser größere Abstand führt zu einer Reduzierung der allgemeinen Effizienz, da er mit einem zusätzlichen Energieverlust verbunden ist. Die Effizienz eines Abgasnachbehandlungssystems hängt beispielsweise von dessen Betriebstemperatur ab. Während der aufwärmen Phase des Muttersystems ist es daher erwünscht so viel thermische Energie wie möglich an das Abgasnachbehandlungssystem zu übertragen um dessen Betriebstemperatur schnell erreichen zu können. Ein übliches Verbrennungsmotorsystem weist vor dem Abgasnachbehandlungssystem eine Turbine auf. In einer solchen Anordnung wird sich die Turbine bzw. deren Gehäuse zuerst aufwärmen, was bedeutet, dass weniger thermische Energie für das Aufheizen des Abgasnachbehandlungssystems während dieser Phase zur Verfügung steht.
In dem Dokument DE 10 2015 205 590 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einem Lader, welcher sowohl mechanisch, als auch elektrisch angetrieben wird beschrieben. Entsprechende Lader sind darüber hinaus auch in den Dokumenten DE 10 2008 053 383 A1 , US 2011/0138808 A1 , US 2008/0173017 A1 und US 2009/0019852A1 offenbart.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Antriebsanordnung für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV - hybrid electric vehicle) zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung für ein Hybridelektrofahrzeug gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung für ein Hybridelektrofahrzeug gemäß Patentanspruch 11 und ein Hybridelektrofahrzeug gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung für ein Hybridelektrokraftfahrzeug umfasst einen als Antriebsmotor ausgelegten Verbrennungsmotor und einen als Antriebsmotor ausgelegten Elektromotor. Der Verbrennungsmotor umfasst einen Lader, welcher einen Kompressor, insbesondere einen Ladeluftkompressor, umfasst. Der Elektromotor ist mechanisch mit dem Kompressor zum Betrieb des Kompressors verbunden.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung kann es sich um eine beliebige hybride Antriebsstrangstruktur handeln. Zum Beispiel kann die Antriebsanordnung als serieller Hybridantrieb, als paralleler Hybridantrieb oder als leistungsverzweigter Hybridantrieb ausgestaltet sein. Im Falle eines parallelen Hybridantriebs kann der Elektromotor gemäß einer P0-, P1-, P2-, ..., Px-Anordnung angeordnet sein. Bei den genannten Anordnungen handelt es sich um Bezeichnungen für den Einbauort des Elektromotors, wobei gemäß einer ursprünglich von der Daimler AG definierten Nomenklatur bei einer P1-Anordnung der Elektromotor direkt am Verbrennungsmotor angebracht ist und fest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Bei einer P0-Anordnung ist der Elektromotor über einen Riemen mit der Kurbelwelle verbunden. Bei einer P2-Anordnung ist der Elektromotor nicht direkt am Verbrennungsmotor verbaut, sondern es befindet sich am Getriebeeingang mit einer dazwischenliegenden Kupplung. Eine P3-Anordnung liegt bei einer Positionierung des Elektromotors am Getriebeausgang vor. Bei einer P4-Anordnung wirken der Elektromotor und der Verbrennungsmotor auf unterschiedliche Achsen. Die genannten Anordnungen können auch miteinander kombiniert sein.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass zum elektrischen Betreiben des Kompressors kein zusätzlicher Elektromotor erforderlich ist, sondern hierfür der Antriebsmotor der HEV-Anordnung genutzt wird. Hierdurch können unter anderem Kosten, Bauraum und Gewicht der Anordnung reduziert werden.
Vorzugsweise sind der Elektromotor und der Kompressor über ein Getriebe miteinander verbunden. Das Getriebe kann als Planetengetriebe ausgestaltet sein. Dabei kann das Planetengetriebe ein Hohlrad, ein Sonnenrad und ein Planetenrad und mindestens eine Feststellvorrichtung zum Fixieren mindestens zweier der genannten Räder miteinander umfasst. Vorteilhafterweise können der Kompressor mit dem Hohlrad, der Elektromotor mit dem Planetenrad und der Verbrennungsmotor über eine Kupplung mit dem Sonnenrad verbunden. Der Kompressor kann mittels des Verbrennungsmotors mechanisch betreibbar sein. Dies ist mittels des zuvor beschriebenen Planetengetriebes vorteilhaft realisierbar. Insbesondere kann der Kompressor mit einer Antriebswelle des Verbrennungsmotors über eine zwischen der Antriebswelle des Verbrennungsmotors und dem Kompressor und/oder dem Elektromotor angeordnete Kupplung mechanisch, also zum Betrieb des Kompressors, verbunden sein.
Das Getriebe und die Kupplung ermöglichen es, die Drehzahl des HEV-Systems, also insbesondere des Elektromotors und des Verbrennungsmotors, mit der Drehzahl des Kompressors abzustimmen, insbesondere eine gewünschte Drehzahl des Kompressors einzustellen. Mittels der Kupplung kann einerseits ein Elektroantrieb der Antriebsanordnung ausgeschaltet werden, aber auch ein Antrieb des Kompressors mittels des Verbrennungsmotors eingeschaltet werden. Es kann aber auch auf die Kupplung verzichtet werden, da das Getriebe im Falle eines Planetengetriebes im Leerlauf-Modus betrieben werden kann und auf diese Weise als Kupplung fungieren kann.
Bevorzugt ist der Elektromotor als Motor-Generator ausgelegt.
Wie bereits erwähnt kann das Planetengetriebe ein Hohlrad, ein Sonnenrad und ein Planetenrad umfassen. Der Elektromotor kann mit dem Sonnenrad oder dem Planetenrad verbunden sein und der Kompressor kann mit dem Hohlrad verbunden sein. Es können auch der Elektromotor mit dem Sonnenrad, der Verbrennungsmotor und/oder die Kupplung mit dem Planetenrad und der Kompressor mit dem Hohlrad verbunden sein. Alternativ dazu können der Verbrennungsmotor und/oder die Kupplung mit dem Sonnenrad, der Elektromotor mit dem Planetenrad und der Kompressor mit dem Hohlrad verbunden sein. Mittels der genannten Anordnungen lässt sich der Kompressor wahlweise mittels des Elektromotors und/oder des Verbrennungsmotors betreiben.
Der Lader kann zudem eine Abgasturbine umfassen. Diese kann einen Generator umfassen oder mit einem Generator zum erzeugen elektrischer Energie verbunden sein. Mittels des Generators kann beispielsweise eine Batterie aufgeladen werden. Die Batterie kann wiederum zum Betreiben des Elektromotors genutzt werden, also mit dem Elektromotor elektrisch verbunden sein. Stromaufwärts und/oder stromabwärts der Turbine können Abgasnachbehandlungssystem Richtungen angeordnet sein. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Antriebsanordnung eine Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung und/oder eine Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung kann zum Betrieb in mindestens einem der folgenden Betriebsmodi ausgelegt sein: In einem ersten Betriebsmodus wird die Antriebsanordnung ohne Aufladung durch den Kompressor betrieben. Dabei kann das Getriebe, zum Beispiel das Planeten-Getriebe im Leerlauf betrieben werden und der Elektromotor, insbesondere der Elektromotor-Generator, zum Antrieb des HEV verwendet werden.
In einem zweiten Betriebsmodus wird der Kompressor ausschließlich mittels des Elektromotors betrieben, wobei der Elektromotor nicht als Antriebsmotor verwendet wird. Mit anderen Worten wird der Verbrennungsmotor ausschließlich als Antriebsmotor verwendet. Hierbei kann die Kupplung geöffnet, also ausgerückt, und das Planetengetriebe zum Antreiben des Kompressors mit dem Elektromotor wirkverbunden sein.
In einem dritten Betriebsmodus wird der Kompressor ausschließlich mittels des Verbrennungsmotors betrieben. Dabei kann die Kupplung geschlossen, also eingerückt, sein und der Elektromotor nicht mit Kompressor wirkverbunden sein bzw. als Generator betrieben werden. Das Planetengetriebe kann entsprechend wirkverbunden sein, wobei das Planentenrad fixiert sein kann oder durch Generator abgebremst werden kann.
In einem vierten Betriebsmodus wird der Kompressor mittels des Elektromotors und mittels des Verbrennungsmotors betrieben. Hierbei kann die Kupplung geschlossen, also eingerückt, sein. Vorzugsweise kann der Elektromotor zum Variieren der Drehzahl, also zum Erhöhen oder Vermindern der Drehzahl, des Kompressors über das Getriebe, zum Beispiel das Planetengetriebe, verwendet werden.
Der Verbrennungsmotor kann einen Motorblock mit einer Anzahl an Zylindern umfassen. Der Motorblock kann wenigstens einen an wenigstens einer Seite des Motorblocks angeordneten Zylinderkopf umfassen. Der Verbrennungsmotor kann weiterhin eine erste Stirnseite, insbesondere eine Vorderseite, und eine zweite Stirnseite, insbesondere eine Rückseite, umfassen. Die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite stellen mit anderen Worten einander gegenüberliegend angeordnete Seitenflächen dar. Die Zylinder sind ausgehend von der ersten Stirnseite in Richtung der zweiten Stirnseite des Motorblocks hintereinander angeordnet. Der Lader kann eine Turbine umfassen. Die Turbine kann an einer der Stirnseiten angeordnet sein. Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, dass durch die Anordnung der Turbine an einer der Stirnseiten in unmittelbarer Nähe des Motorblocks Bauraum für weitere Komponenten geschaffen wird. Es können somit beispielsweise Abgasnachbehandlungsvorrichtungen in unmittelbarer Nähe des Verbrennungsmotors angeordnet werden, wodurch kürzere Strömungswege möglich sind, die Effizienz gesteigert wird und gleichzeitig eine platzsparende Anordnung realisiert wird.
Die Stirnseiten des Motorblocks können durch Längsseiten miteinander verbunden sein. Mindestens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder eine Abgasrückführungseinrichtung und/oder ein Ladeluftkühler und/oder ein Ladeluftheizer und/oder eine Kühlmittelpumpe und/oder ein Bauteil des Hybridelektroantriebs und/oder ein Nebenaggregate-Trieb können an einer Längsseite bzw. an den Längsseiten angeordnet sein. Alternativ zu einer Anordnung der Turbine an einer der Stirnseiten kann die Turbine auch an einer der Längsseiten angeordnet sein.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Antriebsanordnung wird die Antriebsanordnung in mindestens einem der folgenden Betriebsmodi betrieben. In einem ersten Betriebsmodus wird die Antriebsanordnung ohne Aufladung durch den Kompressor betrieben. Dabei kann das Getriebe, zum Beispiel das Planeten-Getriebe im Leerlauf betrieben werden und der Elektromotor, insbesondere der Elektromotor-Generator, zum Antrieb des HEV verwendet werden. In einem zweiten Betriebsmodus wird der Kompressor ausschließlich mittels des Elektromotors betrieben, wobei der Elektromotor nicht als Antriebsmotor verwendet wird. Mit anderen Worten wird der Verbrennungsmotor ausschließlich als Antriebsmotor verwendet. Hierbei kann die Kupplung geöffnet, also ausgerückt, und das Planetengetriebe zum Antreiben des Kompressors mit dem Elektromotor wirkverbunden sein. In einem dritten Betriebsmodus wird der Kompressor ausschließlich mittels des Verbrennungsmotors betrieben. Dabei kann die Kupplung geschlossen, also eingerückt, sein und der Elektromotor nicht mit Kompressor wirkverbunden sein bzw. als Generator betrieben werden. Das Planetengetriebe kann entsprechend wirkverbunden sein, wobei das Planentenrad fixiert sein kann oder durch Generator abgebremst werden kann. In einem vierten Betriebsmodus wird der Kompressor mittels des Elektromotors und mittels des Verbrennungsmotors betrieben. Hierbei kann die Kupplung geschlossen, also eingerückt, sein. Vorzugsweise kann der Elektromotor zum Variieren der Drehzahl, also zum Erhöhen oder Vermindern der Drehzahl, des Kompressors über das Getriebe, zum Beispiel das Planetengetriebe, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung genannten Merkmale und Vorteile.
Das erfindungsgemäße Hybridelektrokraftfahrzeug umfasst eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Antriebsanordnung. Es ist bevorzugt zum Betrieb gemäß eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt. Das erfindungsgemäße Hybridelektrokraftfahrzeug hat die bereits beschriebenen Vorteile. Es kann sich bei dem Hybridelektrokraftfahrzeug um ein Straßenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Luftfahrzeug oder ein Schiff handeln. Bei dem Straßenfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Bus, einen Kleinbus, ein Motorrad oder ein Moped handeln.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung Vorteile im Zusammenhang mit Kosten, Gewicht und erforderlichem Bauraum der Antriebsanordnung. Zudem wird die Effizienz des gesamten Systems durch die Kombination eines elektrischen Kompressors mit der HEV-Funktion Realität im Rahmen einer kompakten integrierten Einheit erhöht. Zudem können elektrische Verluste, thermische Verluste und strömungstechnische Verluste minimiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, die die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.

1 zeigt schematisch eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung für ein Hybridelektrokraftfahrzeug.
2 zeigt schematisch das Planetengetriebe, den Elektromotor und die Kupplung der in der 1 gezeigten Antriebsanordnung in einer detaillierten Ansicht.
3 zeigt schematisch eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
4 zeigt schematisch eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Hybridelektrokraftfahrzeug.

Die in der 1 gezeigte erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 für ein Hybridelektrokraftfahrzeug umfasst einen als Antriebsmotor ausgelegten Verbrennungsmotor 2 und einen als Antriebsmotor ausgelegten Elektromotor 3. Der Elektromotor 3 ist vorzugsweise als Motor-Generator ausgestaltet.
Der Verbrennungsmotor 2 umfasst einen Motorblock und einen Zylinderkopf 4, wobei in der 1 der Zylinderkopf 4 in einer Ansicht von oben gezeigt ist. Der Motorblock ist unterhalb des Zylinderkopfes 4 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 2 umfasst eine Anzahl an Zylindern 5, welche in der gezeigten Variante von einer ersten Stirnseite 6 des Zylinderblocks in Richtung einer zweiten Stirnseite 7 des Zylinderblocks in einer Reihe hintereinander angeordnet sind. Die Längsseiten des Zylinderblocks sind mit der Bezugsziffer 8 gekennzeichnet und verbinden die Stirnseiten 6 und 7 miteinander. Der Verbrennungsmotor 2 umfasst zudem einen Einlasskrümmer 9 und einen Auslasskrümmer 10. In der gezeigten Variante sind sowohl der Einlasskrümmer 9 als auch der Auslasskrümmer 10 in den Zylinderkopf 4 integriert.
Stromabwärts des Auslasskrümmers 10 ist eine Abgasnachbehandlungsanordnung 11 positioniert. Die Abgasnachbehandlungsanordnung 11 umfasst in der gezeigten Variante optional einen Dieseloxidationskatalysator 12, eine Einrichtung zum Injizieren eines Reduktionsmittels 13 und einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) 14, wobei es sich auch um einen SCRbeschichteten Partikelfilter handeln kann. Die genannten Abgasnachbehandlungseinrichtungen 12, 13 und 14 sind in der angegebenen Reihenfolge strömungstechnisch hintereinander angeordnet.
Stromabwärts der Abgasnachbehandlungsanordnung 11 ist eine Turbine 15 mit einem Generator 16 angeordnet, wobei die Turbine 15 zum Betreiben des Generators 16 ausgelegt ist. Die Turbine 15 ist Teil eines Laders. Der ebenfalls zu dem Lader gehörige Kompressor 17 ist stromaufwärts des Einlasskrümmers 9 angeordnet. Mittels des Generators 16 wird eine Batterie 18 geladen, welche elektrische Energie zum Betreiben des Kompressors 17 zur Verfügung stellt. Die Übertragung elektrische Energie ist durch Linien mit der Bezugsziffer 19 gekennzeichnet.
Optional kann mindestens ein Hochdruck-Abgasrückführungskanal vorhanden sein. Ein entsprechender erster Einlass 20 ist stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanordnung 11 angeordnet und ein zweiter Einlass 21 ist stromabwärts der Abgasnachbehandlungsanordnung 11 angeordnet. Zudem kann optional ein Niederdruck-Abgasrückführungskanal vorhanden sein. Ein entsprechender Einlass 22 kann stromabwärts der Turbine 15 angeordnet sein.
Die Strömungsrichtung der mittels des Kompressors 17 angesaugten Luft ist mit der Bezugsziffer 23 gekennzeichnet. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch Pfeile mit der Bezugsziffer 24 gekennzeichnet.
Der Kompressor 17 ist über eine Kupplung 26 und einen Antriebsriemen 25 mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 mechanisch verbunden. Der Kompressor 17 kann also mittels des Verbrennungsmotors 2 mechanisch angetrieben werden. Darüber hinaus ist der Kompressor 17 auch mit dem Elektromotor 3 mechanisch verbunden. Hierzu ist bevorzugt zwischen dem Kompressor 17 und dem Elektromotor 3 ein Getriebe 27 angeordnet. Bei dem Getriebe 27 handelt es sich bevorzugt um ein Planetengetriebe.
Die Anordnung aus Planetengetriebe 27, Elektromotor 3 und Kupplung 26 ist im Detail in der 2 gezeigt. Das Planetengetriebe 27 umfasst ein Hohlrad 28, ein Planetenrad 29 und ein Sonnenrad 30. Eine Einrichtung zum Fixieren des Hohlrades 28 ist mit der Bezugsziffer 31 gekennzeichnet, eine Einrichtung zum Fixieren des Planetenrades ist mit der Bezugsziffer 32 gekennzeichnet und eine Einrichtung zum Fixieren des Sonnenrades ist mit der Bezugsziffer 33 gekennzeichnet. Der Kompressor 17 ist mit dem Hohlrad 28 mechanisch verbunden. Der Elektromotor 3 ist mit dem Planetenrad mechanisch verbunden und die Kupplung 26 ist mit dem Sonnenrad 30 mechanisch verbunden.
Der Elektromotor 3 umfasst einen Rotor 34 und einen Stator 35. Eine Feststelleinrichtung zum Fixieren des Rotors 34 mit der Kupplung 26 bzw. dem Sonnenrad 30 ist mit der Bezugsziffer 36 gekennzeichnet.
Mittels der gezeigten Antriebsanordnung lassen sich unter anderem vier verschiedene Betriebsmodi realisieren. In einem ersten Betriebsmodus kann der Hybridelektroantrieb ohne Lader, also ohne Betrieb des Kompressors 17, betrieben werden. Hierbei kann das Planetengetriebe 27 im Leerlauf-Modus betrieben werden und der Elektromotor 3 oder Elektromotor-Generator sowie der Verbrennungsmotor 2 können als Antriebsmotoren genutzt werden. In diesem Betriebsmodus ist die Einrichtung zum Fixieren des Hohlrades 31 eingerückt und die Einrichtungen zum Fixieren des Planetenrades 32 und zum Fixieren des Sonnenrades 33 sind nicht eingerückt.
In einem zweiten Betriebsmodus kann der Kompressor 17 ausschließlich mittels des Elektromotors 3 angetrieben werden. Hierzu kann der Hybridelektroantrieb von dem Kompressor 17 entkoppelt sein. Die Kupplung 26 kann dazu geöffnet sein. Das Planetengetriebe 27 ist dabei so eingestellt, dass der Elektromotor 3 und der Kompressor 17 miteinander gekoppelt sind. In diesem Betriebsmodus ist z.B. die Kupplung 26 geöffnet, also ausgerückt, die Einrichtung zum Fixieren des Sonnenrades 33 ist eingerückt und die Einrichtung zum Fixieren des Hohlrades 31 und die Einrichtung zum Fixieren des Planetenrades 32 sind nicht eingerückt. Alternativ dazu kann die Feststelleinrichtung zum Fixieren des Rotors 36, welche gleichzeitig eine Fixierung zwischen Sonnenrad 30 und Planetenrad 29 bildet, eingerückt sein.
In einem dritten Betriebsmodus kann der Kompressor 17 ausschließlich mechanisch, also mittels des Verbrennungsmotors 2 angetrieben werden. In diesem Fall muss das Planetenrad 29 fixiert oder zumindest verlangsamt werden. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die Einrichtung zum Fixieren des Planetenrades 32 eingerückt wird oder der Rotor 34 des Elektromotors 3 gestoppt wird. Alternativ dazu kann der Elektromotor 3 als Generator betrieben werden um den Rotor 34 und damit das Planetenrad 29 zu bremsen oder zu fixieren, also mit anderen Worten die Drehzahl des Rotors 34 zu reduzieren. In dem dritten Betriebsmodus ist die Kupplung 26 geschlossen.
In einem vierten Betriebsmodus kann der Kompressor 17 sowohl mittels des Elektromotors 3 als auch mittels des Verbrennungsmotors 2 angetrieben werden. Hierzu wird die Kupplung 26 geschlossen und der Elektromotor 3 über das Planetengetriebe 27 zum Antreiben des Kompressors 17 mit diesem verbunden. Es ist also mit anderen Worten keine der Einrichtungen zum Fixieren 31, 32 und 33 und auch nicht die Feststellungseinrichtung 36 zum Fixieren des Rotors 34 eingerückt. Im Rahmen des vierten Betriebsmodus kann der Elektromotor 3 zum Variieren der Drehzahl des Kompressors über das Planetengetriebe genutzt werden.
Die in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsvarianten unterscheiden sich von der in der 1 gezeigten Ausführungsvariante darin, dass stromabwärts des Kompressors 17 und stromaufwärts des Einlasskrümmers 9 ein Ladeluftkühler/heizer 37 angeordnet ist. Die in der 3 gezeigte Variante zeigt analog zu der in der 1 gezeigten Ausführungsvariante eine besonders bauraumeffiziente Anordnung der genannten Komponenten. Sowohl in der 1, als auch in der 3 sind die Turbine 15 und der Generator 16 an der ersten Stirnseite 6 angeordnet und der Antriebsriemen 25 ist an der zweiten Stirnseite 7 angeordnet. Die Abgasnachbehandlungsanordnung 11 ist an der dem Auslasskrümmer 10 zugewandten Längsseite 8 des Motorblocks angeordnet. Der Kompressor 17, der Ladeluftkühler/heizer 37, das Getriebe 27 und der Elektromotor 3 sind an der dem Einlasskrümmer 9 zugewandten Längsseite 8 des Motorblocks angeordnet.
Im Unterschied zu der in der 3 gezeigten Variante sind in der in der 4 gezeigten Variante die Turbine 15, der Generator 16 und die Abgasnachbehandlungsanordnung 11 zumindest teilweise an der dem Auslasskrümmer 10 zugewandten Längsseite 8 des Motorblocks angeordnet.
Die 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Hybridelektrokraftfahrzeug 40 in Form eines Personenkraftwagens. Das erfindungsgemäße Hybridelektrokraftfahrzeug 40 umfasst eine bereits beschriebene erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsanordnung
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor
4: Zylinderkopf
5: Zylinder
6: erste Stirnseite
7: zweite Stirnseite
8: Längsseite
9: Einlasskrümmer
10: Auslasskrümmer
11: Abgasnachbehandlungsanordnung
12: Dieseloxidationskatalysator
13: Injektor
14: SCR-Katalysator
15: Turbine
16: Generator
17: Kompressor
18: Batterie
19: Übertragung elektrischer Energie
20: Einlass in Hochdruck-Abgasrückführungskanal
21: Einlass in Hochdruck-Abgasrückführungskanal
22: Einlass in Niederdruck-Abgasrückführungskanal
23: Strömungsrichtung Luft
24: Strömungsrichtung Abgas
25: Antriebsriemen
26: Kupplung
27: Planetengetriebe
28: Hohlrad
29: Planetenrad
30: Sonnenrad
31: Einrichtung zum Fixieren des Hohlrades
32: Einrichtung zum Fixieren des Planetenrades
33: Einrichtung zum Fixieren des Sonnenrades
34: Rotor
35: Stator
36: Feststelleinrichtung zum Fixieren des Rotors
37: Ladeluftkühler/heizer
40: Hybridelektrokraftfahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015205590 A1 [0004]
DE 102008053383 A1 [0004]
US 2011/0138808 A1 [0004]
US 2008/0173017 A1 [0004]
US 2009/0019852 A1 [0004]

Claims

Antriebsanordnung (1) für ein Hybridelektrokraftfahrzeug (40), welche einen als Antriebsmotor ausgelegten Verbrennungsmotor (2) mit einem Lader, welcher einen Kompressor (17) umfasst, und einen als Antriebsmotor ausgelegten Elektromotor (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) mechanisch mit dem Kompressor (17) zum Betrieb des Kompressors (17) verbunden ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) und der Kompressor (17) über ein Getriebe (27) miteinander verbunden sind.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (27) als Planetengetriebe ausgestaltet ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (27) ein Hohlrad (28), ein Sonnenrad (30) und ein Planetenrad (29) und mindestens eine Feststellvorrichtung (31, 32, 33, 36) zum Fixieren mindestens zweier der genannten Räder miteinander umfasst.
Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (17) mittels des Verbrennungsmotors (2) mechanisch betreibbar ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (17) mit einer Antriebswelle des Verbrennungsmotors (2) über eine zwischen der Antriebswelle des Verbrennungsmotors (2) und dem Kompressor (17) und/oder dem Elektromotor (3) angeordneten Kupplung (26) mechanisch verbunden ist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) als Motor-Generator ausgelegt ist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (27) ein Hohlrad (28), ein Sonnenrad (30) und ein Planetenrad (29) umfasst und der Elektromotor (3) mit dem Sonnenrad (30) oder dem Planetenrad (29) verbunden ist und der Kompressor (17) mit dem Hohlrad (28) verbunden ist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Verbindung mit den Ansprüchen 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (27) ein Hohlrad (28), ein Sonnenrad (30) und ein Planetenrad (29) umfasst und der Elektromotor (3) mit dem Sonnenrad (30), der Verbrennungsmotor (2) mit dem Planetenrad (29) und der Kompressor (17) mit dem Hohlrad (28) verbunden sind oder der Verbrennungsmotor (2) mit dem Sonnenrad (30), der Elektromotor (3) mit dem Planetenrad (29) und der Kompressor (17) mit dem Hohlrad (28) verbunden sind.
Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (1) zum Betrieb in mindestens einem der folgenden Betriebsmodi ausgelegt ist, wobei - in einem ersten Betriebsmodus die Antriebsanordnung (1) ohne Aufladung durch den Kompressor (17) betrieben wird, - in einem zweiten Betriebsmodus der Kompressor (17) ausschließlich mittels des Elektromotors (3) betrieben wird, - in einem dritten Betriebsmodus der Kompressor (17) ausschließlich mittels des Verbrennungsmotors (2) betrieben wird, - in einem vierten Betriebsmodus der Kompressor (17) gleichzeitig mittels des Elektromotors (3) und mittels des Verbrennungsmotors (2) betrieben wird.
Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (1) in mindestens einem der folgenden Betriebsmodi betrieben wird, wobei - in einem ersten Betriebsmodus die Antriebsanordnung (1) ohne Aufladung durch den Kompressor (17) betrieben wird, - in einem zweiten Betriebsmodus der Kompressor (17) ausschließlich mittels des Elektromotors (3) betrieben wird, wobei der Elektromotor (3) nicht als Antriebsmotor verwendet wird, - in einem dritten Betriebsmodus der Kompressor (17) ausschließlich mittels des Verbrennungsmotors (2) betrieben wird, - in einem vierten Betriebsmodus der Kompressor (17) mittels des Elektromotors (3) und mittels des Verbrennungsmotors (2) betrieben wird.
Hybridelektrokraftfahrzeug (40), welches eine Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Hybridelektrokraftfahrzeug (40) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Straßenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Luftfahrzeug oder ein Schiff handelt.