DE202009014828U1 - Hybridantrieb mit serieller Schaltung von Verbrennungsmotor und Mehrfunktions-Elektromaschine für Fahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Hybridantrieb für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Funktionen der Startmaschine für den Verbrennungsmotor (3), des E-Fahrmotors und des Generators zu einer einzigen E-Maschine (4) zusammengefasst sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Gestaltung und Steuerung eines Hybridantriebes für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbrennungsmotor (3) mit einer elektrischen Maschine (4) kombiniert wird, wobei letztere – je nach Betriebsweise – als alleiniger Antrieb, Startmaschine für den Verbrennungsmotor, Unterstützungsantrieb für den Verbrennungsmotor oder Generator für den elektrischen Energiespeicher (5) wirkt, insbesondere zur Rückgewinnung kinetischer Energie im Schiebebetrieb.
  • Die Betriebsweisen lassen sich anschaulich am Beispiel einer normalen Autofahrt erläutern, wie sie täglich millionenfach stattfindet.
    • 1. Start, aus Garage oder Parklücke fahren. Hier genügt normalerweise der Antrieb nur durch die E-Maschine, ausreichende E-Speicherkapazität vorausgesetzt. Der Verbrennungsmotor ist nicht eingekuppelt. Als Steuerungselemente dienen entsprechende Kontakte für die erste Getriebestufe und den Rückwärtsgang, sowie ein Druckpunkt im Fahrpedal, mit dessen Hilfe gegebenenfalls der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden kann. Während der danach häufig eintretenden kurzen Pause – z. B. zum Schließen des Garagentores – sind die Antriebsmaschinen nicht aktiv.
    • 2. Einordnen in den Verkehr. Falls der Druckpunkt nach dem Anfahren überschritten wird, startet der V-Motor, die E-Maschine unterstützt gegebenenfalls den Beschleunigungsvorgang (Boosten).
    • 3. Halten vor einer Ampel/einem Kreisel. Zunächst Schiebebetrieb, V-Motor gestoppt und nicht eingekuppelt, E-Maschine im Generatorbetrieb, Energie-Rückgewinnung (Rekuperation). Im Stillstand sind die Antriebsmaschinen nicht aktiv. Langsame Weiterfahrt nur mit E-Antrieb, solange Druckpunkt nicht überschritten.
    • 4. Bei freier Weiterfahrt wird über den Druckpunkt der V-Motor erneut gestartet und die E-Maschine als Generator betrieben (Lastpunktanhebung).
    • 5. Alleinstart und Lauf des V-Motors (Prüfmodus). Trennkupplung (1) zum Start geschlossen, Trennkupplung (2) nicht im Eingriff. Start des V-Motors mit Hilfe der E-Maschine.
    Matrix der Betriebsmodi
    Modus V-Motor E-Maschine Kupplung (1) Kupplung (2)
    Rangieren aus ein Motor aus ein
    Boosten ein ein Motor ein ein
    Rekuperation aus ein Generator aus ein
    Normal Fahren ein ein Generator ein ein
    Prüfen ein ein Generator ein aus
  • Wie aus dem beschriebenen Ablauf deutlich wird, ist der erfindungsgemäße Hybridantrieb mit einer Start-Stop Funktion versehen.
  • Das Zusammenwirken der Antriebselemente erfolgt mit Hilfe schaltbarer Trennkupplungen (1).
  • Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Ausführung eines Hybridantriebes ist
    • • Die Gewichtsersparnis durch Zusammenfassung der elektrischen Aggregate Motor, Generator und Starter zu einem einzigen. Der rein elektrische Betrieb wird auf Phasen mit geringem Leistungsbedarf beschränkt, dadurch ist das Zusatzgewicht für den größeren Energiespeicher in etwa zu kompensieren.
    • • Der Verbrennungsmotor bleibt in für ihn besonders ungünstigen Betriebsphasen wie Niedriglast oder Leerlauf ausgeschaltet.
    • • Dadurch Kraftstoffersparnis und geringere Betriebskosten.
    • • Die Reichweite eines herkömmlichen Fahrzeuges wird erreicht oder übertroffen bei Nutzung des normalen Tankstellennetzes. Zeitintensive Aufladungszeiten des elektrischen Energiespeichers sind nicht erforderlich.
    • • Die einfache Architektur des Antriebes ermöglicht eine kostengünstige Herstellung.
    • • Durch die Anordnung der E-Maschine zwischen Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe ist die erforderliche Drehzahlspanne von Null bis zur maximalen Drehzahl des Verbrennungsmotors begrenzt, anders als bei Lösungen, bei denen die E-Maschine hinter dem Schaltgetriebe eingreift.
    • • Für Rückwärtsfahrt ist keine Drehrichtungsänderung der E-Maschine erforderlich, da sich diese Funktion im Getriebe befindet.
  • 1: Hybridantrieb mit serieller Anordnung von Verbrennungsmotor und E-Maschine
    • 1
    Trennkupplung 1
    2
    Trennkupplung 2
    3
    Beliebiger Verbrennungsmotor
    4
    E-Maschine
    5
    E-Speicher
    6
    Schaltgetriebe, manuell oder automatisch
    7
    Differentialgetriebe
    8
    Antriebsräder
    • Anmerkung: um die Rekuperation zu ermöglichen, ist eine feste Verbindung zwischen Ein- und Ausgangswelle des Schaltgetriebes (6) erforderlich.

Claims (3)

  1. Hybridantrieb für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Funktionen der Startmaschine für den Verbrennungsmotor (3), des E-Fahrmotors und des Generators zu einer einzigen E-Maschine (4) zusammengefasst sind.
  2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer vor der E-Maschine (4) angeordneten Trennkupplung (1) und einer hinter der E-Maschine (4) angeordneten weiteren Trennkupplung (2) die unterschiedlichen Betriebsweisen gemäß der Beschreibung eingestellt werden.
  3. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Betriebsweisen und damit der Trennkupplungen (1) und (2) mit Hilfe von Schaltkontakten im Getriebe (6) für die 1. und die Rückwärtsstufe sowie am Fahrpedal erfolgt, sofern der Ladezustand des elektrischen Speichers (5) ausreichend ist.
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