DE2133485A1 - Kraftfahrzeug mit einem hybridantrieb - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einem hybridantrieb

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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Description

R. 411
1.7.1971 Sk/ph
Anlage zur
Patent-
ROB ERT BOSCH GMBH, Stuttgart
Kraftfahrzeug mi-t einem Hybridantrieb
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, der aus einer Brennkraftmaschine und aus einer batteriegespeisten elektrischen Haschine besteht.
Bei bekannten derartigen Kraftfahrzeugen viird die Antriebsachse von einem Elektromotor angetrieben. Dieser Elektro-
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motor wird aus einer Batterie gespeist, die von einem Generator aufgeladen wird. Zum Antrieb des Generators dient eine Brennkraftmaschine. Ba die Brennkraftmaschine nur durch den Generator belastet wird, ist es möglich, sie auf eine konstante Drehzahl und eine nahezu konstante Last einzuregeln, so daß die Emission schädlicher Abgase minimal wird.' Ein so ausgerüstetes Kraftfahrzeug kann kurze Fahrstrecken auch ganz ohne Benutzung der Brennkraftmaschine zurücklegen, wobei der Elektromotor aus der Batterie gespeist wird, ohne daß diese nachgeladen wird.
Ein derartiger Kraftfahrzeugantrieb ist relativ aufwendig, weil zwei elektrische Maschinen erforderlich sind, nämlich der Antriebsmotor und der zum Laden der Batterie dienende Generator. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen weniger aufwendigen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge zu schaffen, ohne dabei die günstigen Eigenschaften des Hybridantriebes hinsichtlich der Emission schädlicher Abgase nachteilig zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in besonders einfacher Weise dadurch gelöst, daß die elektrische Maschine mit ihrer . Rotorwelle wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs * antreibt und daß die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über .eine erste Kupplung mit der Rotorwelle verbindbar ist.
Bei dieser Ausbildungsform eines Hybridantriebs dient also eine einzige elektrische Maschine gleichzeitig als Antriebsmotor und als Generator zum Laden der Batterie. Wenn die erste Kupplung nicht im Eingriff ist, treibt allein die elektrische Maschine die Antriebsrader an. Dieser Betriebszustand wird vorzugsweise bei einer Stadtfahrt des Kraftfahrzeugs gewählt. Ist dagegen die erste Kupplung im Eingriff, dann treibt die Brennkraftmaschine über die Rotorwelle der elektrischen Maschine die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs an.
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Stuttgart
Bei hinreichend leistungsfähiger Dimension!erung der Brennkraftmaschine kann in diesem Betriebszustand die elektrische Maschine gleichzeitig als Generator dienen und die Batterie aufladen, wodurch die Brennkraftmaschine stärker belastet wird. Dieser zweite Betriebszustand wird zweckmäßig bei Überlandfahrten gewählt, bei denen eine stärkere Emisssion schädlicher Abgase nicht so kritisch ist.
Die Brennkraftmaschine kann auch bei Stillstand des Kraftfahrzeugs die elektrische Maschine antreiben und so die . Batterie aufladen, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen der Rotorwelle und wenigstens einem Antriebsrad eine zweite Kupplung angeordnet ist. Die Antriebsanordnung wird dann vorzugsweise so ausgebildet, daß die zweite Kupplung nur bei Stillstand des Kraftfahrzeugs betätigbar ist. Man kann damit die zweite Kupplung außer Eingriff und die erste Kupplung in Eingriff bringen, so daß die Brennkraftmaschine nur die elektrische Maschine antreibt. Es erweist sich bei dieser Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft, daß man auf einen zusätzlichen Andrehmotor für die Brennkraftmaschine verzichten kann. Wenn die zweite Kupplung außer Eingriff ist, kann die an sich zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dienende elektrische Maschine auch als Andrehmotor für die Brennkraftmaschine verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung.
Das Kraftfahrzeug weist zwei Antriebsräder 16 auf, zwischen denen ein Differentialgetriebe 15 angeordnet ist. Eine
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Brennkraftmaschine 10 besitzt eine Kurbelwelle 19, die • über eine erste Kupplung 11 kraftschlüssig mit einer Rotorwelle 18 verbindbar ist. Die Rotorwelle 18 gehört zu einer elektrischen Maschine 12. Die beiden Anschlüsse der elektrischen Maschine 12 sind mit einer Batterie 17 verbunden.· Die Rotorwelle 18 iat außerdem über eine zweite Kupplung 1J kraftschlüssig mit einer Kardanwelle 14 verbindbar, die zum Antrieb des Differentialgetriebes 15 dient.
Bei dem beschriebenen Hybridantrieb lassen sich drei verschiedene Betriebszustände einstellen, indem man eine P - Kupplung oder beide Kupplungen in Eingriff bringt. Beim ersten Betriebszustand ist die erste Kupplung 11 außer Eingriff und die zweite Kupplung 15 i'st im Eingriff. Dieser Betriebszustand wird für die Stadtfahrt verwendet, bei der es auf minimale Emission schädlicher Abgase ankommt. Die elektrische Maschine 12 treibt in diesem Betriebszustand allein die beiden Antriebsräder 16 an und entlädt dabei 'die Batterie 17. Der Aktionsradius des Kraftfahrzeugs hängt von der Batteriekapazität ab. Die höchste Fahrgeschwindigkeit im Stadtverkehr wird durch die Leistung der elektrischen Maschine 12 bestimmt.
Im zweiten Betriebszustand, der vor allem für die Überland-. fahrt verwendet wird, sind beide Kupplungen 11 und 13 im Eingriff, so daß hauptsächlich die Brennkraftmaschine 10 den Antrieb des Kraftfahrzeuges übernimmt. Auf steilen . Bergstrecken oder zum raschen Beschleunigen kann die elektrische Maschine 12 zur Unterstützung der Brennkraftmaschine 10 beim Fahrzeugantrieb herangezogen werden. Umgekehrt kann bei Fahrten in Gefällstrecken und beim Verzögern des Fahrzeugs die elektrische Maschine 12 als Generator verwendet werden und dabei die Batterie 17 wieder aufladen. Es ist sehr zweckmäßig, wenn man die Brennkraftmaschine 10
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für etwas größere Leistung dimensioniert als sie bei einer normalen Überlandfahrt erforderlich ist. Dann kann die elektrische Haschine 12 während der ganzen Überlandfahrt Leistung'von der Brennkraftmaschine übernehmen und die Batterie 17 aufladen.
Der Anfahrvorgang läuft bei der Überlandfahrt genau gleich ab wie bei der Stadtfahrt, nämlich allein unter Verwendung der elektrischen Maschine 12. Wenn dann eine Fahrtgeschwindigkeit von z.B. 30 km/h erreicht ist, wird die erste Kupplung 11 eingerückt und die Brennkraftmaschine 10 dadurch gestartet.
Bei den beiden bisher beschriebenen Betriebszuständen ist die zweite Kupplung 13 ständig im Eingriff. Beim dritten Betriebszustand dagegen ist sie außer Eingriff und die erste Kupplung 11 ist im Eingriff. In diesem dritten Betriebszustand kann bei Stillstand des Fahrzeugs die Batterie wieder aufgeladen werden, wenn gerade kein Netzanschluß zur Verfugung steht. Normalerweise wird nämlich die Batterie, falls sie sich bei längerer Stadtfahrt zu stark entladen hat, aus dem Lichtnetz mit Hilfe eines Ladegerätes wieder aufgeladen, da so beim Laden überhaupt keine schädlichen Abgase entstehen. In Notfällen kann jedoch auch die Brennkraftmaschine 10 in der beschriebenen Weise zum Laden der Batterie 17 herangezogen werden. Zu diesem Zweck wird die Brennkraftmaschine zunächst von der elektrischen Maschine 12 angedreht, so daß sich ein zusätzlicher Andrehmotor für die Brennkraftmaschine erübrigt. Die geringe zum Andrehen des Motors erforderliche Leistung kann aus der Batterie 17 immer noch entnommen werden, auch wenn die Batterie schon soweit entladen ist, daß ein Antrieb des Fahrzeugs aus ihr nicht mehr möglich ist.
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Die elektrische Maschine 12 kann als Gleichstrommaschine oder als Drehstrom-Asynchronmaschine ausgebildet werden, wie es von anderen elektrischen Fahrzeugantrieben her bekannt ist. Die Gleichstrommaschine kann dierekt aus der Batterie 17 betrieben werden. Für die Drehstrom-Asynchronmaschine ist dagegen ein besonderer Wechselsrichter erforderlich. Dafür sind allerdings bei der Drehstrom-Asynchronmaschine die äußeren Abmessungen und das Gewicht kleiner als bei einer Gleichstrommaschine gleicher Leistung.
fc Bei Verwendung einer Gleichstrommaschine können alle bekannten Steuerungsverfahren eingesetzt werden, so z.B. die Widerstandssteuerung ohne oder mit FeIdSchwächung und die Impulssteuerung über Transistoren oder Thyristoren. Je nach dem Verwendungszweck kann ein Hauptschlußmotor oder .ein Nebenschlußmotor angewandt werden.
Die beschriebene Anordnung eines Hybridsntriebs für ein Kraftfahrzeug erfüllt also die eingangs gestellten Forderungen. Der beim herkömmlichen Hybridantrieb erforderliche zusätzliche Generator fällt weg. Trotzdem kann auf kürzeren Strecken vollständig ohne Abgasemission gefahren werden. Auch auf Überlandstrecken ist die Abgasemission kleiner als " bei einem Fahrzeug, das allein durch eine Brennkraftmaschine . angetrieben wird, weil nämlich die Brennkraftmaschine gleichmäßiger belastet wird. Diese gleichmäßigere Belastung rührt daher, daß die elektrische Maschine immer einen Teil der Leistung der Brennkraftmaschine übernimmt. Dieser Anteil wird vergrößert, wenn die Belastung durch die Antrieberäder abnimmt. Ein solcher Betrieb mit nahezu konstanter Last entspricht dem eingangs erwähnten Betrieb der Brennkraftmaschine beim herkömmlichen Hybridantrieb und führt zu einer wesentlichen Verringerung der Abgasemission.
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Die Anwendung der beschriebenen Anordnung des Hybridantriebs ist nicht auf Straßenfahrzeuge beschränkt. Auch Schienenfahrzeuge, Motorboote und Unterseeboote können mit einem derartigen Hybridantrieb ausgerüstet werden. Bei Motorbooten lassen sich mit einem Hybridantrieb LärmschutzVorschriften erfüllen; bei Unterseebooten wird für die Tauchfahrt die elektrische Maschine und für die Überwasserfahrt die Brennkraftmaschine zum Antrieb benützt.
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Claims (6)

Robert Bosch GmbH R. 4-11 Sk/ph Stuttgart Ansprüche
1. kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, der aus einer —Brennkraftmaschine und aus einer batteriegespeisten
elektrischen Maschine besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (12) mit ihrer Rotorwelle (18) wenigstens ein Antriebsrad (16) des Kraftfahrzeugs ^ antreibt, und daß.die Kurbelwelle (19) der Brennkraftmaschine (10) über eine erste Kupplung (11) mit der Rotorwelle (18) verbindbar ist.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rotorwelle (18) und wenigstens einem Antriebsrad (16) eine zweite Kupplung (13) angeordnet' ist.
J. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne-t, W daß die zweite Kupplung (1J) nur bei Stillstand des Kraftfahrzeugs betätigbsr ist.
4-. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (12) mit ihrer Rotorwelle (18) über eine Kardanwelle (14) und ein , Differentialgetriebe (15) zwei Antriebsräder (16) antreibt.
■ - .9 -
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5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine als Gleichstrommaschine ausgebildet ist.
6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine als Drehstrom-Asynchronmaschine mit' vorgeschaltetem Wechselrichter aus- .' gebildet ist.
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Leerseite
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