DE2501386A1

DE2501386A1 - Hybrid-antrieb fuer fahrzeuge, insbesondere kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2501386A1
Application number: DE19752501386
Authority: DE
Inventors: Louis L Lepoix
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-15
Filing date: 1975-01-15
Publication date: 1976-07-22

Description

Hybrid-Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge.
Derartige Hybrid-Antriebe sind an sich bekannt und bestehen im allgemeinen aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, die abwechselnd, je nach der Antriebsart, mit der das Fahrzeug in Bewegung gesetzt werden soll, beispielsweise über eine Kupplung und gegebenenfalls über ein Getriebe, mit den AntriebselementenJ wie Räder, verbunden werden.
Es ist ferner bekannt, die Achse von Verbrennungsmotoren mit einem Elektromotor als Anlasser zu koppeln, wobei dieser als Motor-Generator ausgeführte Elektromotor die Aufgabe hat, den Verbrennungsmotor anzulassen und im laufenden Zustand des Verbrennungsmotors als Generator die Batterie aufzuladen.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Hybrid-Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der wesentlich einfacher und energiesparender aufgebaut ist als die bisher bekannten Hybrid-Antriebe. Hierbei hat der verwendete Elektromotor nicht nur die Aufgabe, das Fahrzeug anzutreiben, sondern er kann auch, als Generator geschaltet, zur Aufladung der Batterien, d.h. zur Erzeugung der elektrischen Antriebsenergie, dienen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein Hybrid-Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren, die miteinander koppelbar sind, vorgeschlagen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Elektromotor mit seiner Welle unmittelbar oder über ein Getriebe an die Antriebselemente, wie Räder, gekoppelt ist und der Verbrennungsmotor über eine lösbare Kupplung mit der Welle des Elektromotors verbunden ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann bei dem Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung das eine Ende der Welle des Elektromotors über eine lösbare Kupplung mit einem oder mehreren Rädern und das andere Ende der Welle des Elektromotors über eine lösbare Kupplung mit der Welle des Verbrennungsmotors verbunden sein.
Mit dem Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung werden mehrere Vorteile erreicht. Zunächst werden bei dem Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung die Kosten insofern wesentlich reduziert, daß gegenüber den bekannten Hybrid-Antrieben der Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor in einer gemischten Betriebsart verwendet werden kann. Ferner braucht der Verbrennungsmotor bei dem Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung weder einen Anlasser noch eine Lichtmaschine, da diese Aufgabe vom Elektromotor, wenn er als Motor-Generator ausgebildet ist, übernommen werden kann. Weiterhin braucht bei dem Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung kein Rückwärtsgang vorgesehen zu werden, da das Rückwärtsfahren immer vom Elektromotor durch ein einfaches Umschalten der Betriebsspannung oder der Polung durchgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann also der Elektromotor als Motor-Generator aufgebaut sein, um das Laden der Batterie für den elektrischen Antrieb zu ermöglichen. Der Verbrennungsmotor arbeitet in bekannter Weise und kann durch eine lösbare Kupplung mit der Welle des Elektromotors verbunden sein. Der Elektromotor kann stufengeschaltet oder elektronisch gesteuert die Vorwärtsbewegung bei ausgekuppeltem Verbrennungsmotor allein übernehmen. Er kann ferner auf Rücku wärtsfahrt umgeschaltet werden, und er kann nach Kupplung mit dem Verbrennungsmotor alleine oder während des Antriebs als Ladegerät benutzt werden. Die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor kann mechanisch, magnetisch, elektrisch, elektronisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.
Beim Elektroantrieb über den Elektromotor wird die Kupplung zwischen dem V-Motor und dem Elektromotor gelöst und die Kupplung zwischen dem Antriebsrad bzw. dem Getriebe und dem Elektromotor eingekuppelt. Das Fahrzeug kann dann mit Hilfe des Elektromotors allein vorwärtsfahren, was insbesondere dann durchgeführt wird, wenn es beispielsweise im Stadtverkehr darauf ankommt, die Umwelt von Abgasen freizuhalten. Auch beim Kolonnenfahren, wo ein andauerndes Anfahren und Halten erforderlich wird, wird der Elektromotor als Antriebselement eingesetzt. Auch das Rückwärtsfahren kann durch einfaches Umschalten mittels des Elektromotors erfolgen, wodurch, wie bereits erwähnt, eine RUckwörtsgangschaltung nicht erforderlich ist.
Für den Antrieb mit dem Verbrennungsmotor sind ebenfalls verschiedene Funktionen möglich. So kann mit Hilfe des Elektromotors, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt wird, das Anlassen des Verbrennungsmotors bewirkt werden, indem der Elektromotor von der Batterie mit Strom beaufschlagt wird und den Verbrennungsmotor antreibt, bis dieser angesprungen ist. Durch weitere Kopplung der Welle des Elektromotors mit dem Getriebe kann der Antrieb des Fahrzeuges mit dem Verbrennungsmotor bewirkt werden. Wenn die Batterie abgeschaltet ist, so erfolgt die Übertragung der Umdrehungsenergie vom Verbrennungsmotor auf das Getriebe oder die Räder im Leerlauf des Elektromotors, wodurch praktisch kein Reibungswiderstand auftritt. Der Elektromotor kann aber, als Motor-Generator ausgebildet, auch als Dynamo arbeiten und während des Laufens des Verbrennungsmotors Strom erzeugen, mit dem die Batterien wieder aufgeladen werden können Schließlich ist es auch möglich, durch Lösen der Kupplung zwischen der Welle des Elektromotors und dem Antrieb während des Umlaufens des Verbrennungsmotors ein Laden der Batterie im Stillstand des Fahrzeuges zu bewirken.
Auf diese Weise hängt der Aktionsradius des Fahrzeuges von der Brennstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor im wesentlichen ab, wobei der Aktionsradius mit dem Elektromotor klein sein kann, da der Verbrennungsmotor als Ersatz zum Laden der Batterien immer bereitsteht. Die beiden Energiearten können wahlweise an-gewendet und entsprechend den Erfordernissen eingesetzt werden.
Hierzu können elektrische, elektronische, pneumatische, hydraulische oder mechanische Steuerungen vorgesehen sein, die in bestimmter Wahlfunktion die einzelnen Kupplungen und die Schaltung des Elektromotors betätigen.
Anhand der Zeichnungen soll am Beispiel einiger bevorzugter Ausführungsformen der Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung und seine Funktionsmöglichkeiten näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine Prinzipanordnung des Hybrid-Antriebes gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Prinzipanordnung eines Hybrid-Antriebes gemäß der Erfindung, Fig. 3 die Funktionsweise einer Betriebsart des Hybrid-Antriebs gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine weitere Funktionsweise einer Betriebsart des Hybrid-Antriebs gemäß der Erfindung, Fig. 5 noch eine andere Funktionsweise einer Betriebsart des Hybrid-Antriebs gemäß der Erfindung, Fig. 6 die Funktionsweise des Ladens der Batterie während des Vorwärtsfahrens des Fahrzeuges mit dem Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung, Fig. 7 das Laden im Stillstand mit einem Hybrid-Antrieb gemäß der Erfindung.
Die Figuren stellen die einzelnen Teile nur im Prinzip dar, zu deren technischer Realisation bekannte Elemente verwendet werden können.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die Welle 2 eines beliebigen Verbrennungsmotors 1 mit einer Kupplung 3 verbunden, welche die Verbindung mit einer Welle 4 eines Elektromotors 5 darstellt.
Das andere Ende der Welle 4 ist mit einer weiteren Kupplung 6 verbunden, die unmittelbar, oder im dargestellten Beispiel über ein beliebiges Getriebe oder einen Variator 7, mit dem Rad 8 als Antriebselement verbunden ist. Das Getriebe oder der Variator 7 kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie in dem Patent ....... (Patentanmeldung P 24 29 516.7) beschrieben ist.
Die beiden Kupplungen 3 und 6 sind lösbar und werden über ein im Prinzip dargestelltes Steuerelement 9 über Gestänge oder elektrische Steuerleitungen 10 und 11 betätigt. Das Steuerelement 9 hat ferner eine Steuerverbindung 12, die zum Motor 5 führt. Dieser Motor kann als Motor-Generator ausgeführt sein und ist an eine Batterie 13 angeschlossen. Durch die Steuerleitung 12 kann der Motor zum Antrieb des Rades 8 oder als Generator zum Laden der Batterie 13 geschaltet werden.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt9 Hierbei ist der Motor 5 unmittelbar über die Kupplung 6 mit dem Antriebsrad 8 verbunden und kann somit direkt den Antrieb vornehmen.
Die Welle 2 des Verbrennungsmotors 1 ist über eine Übersetzung 14 mit der Kupplung 3 verbunden.
Die Funktionsweise der Betriebsarten des Hybrid-Antriebs gemäß der Erfindung ist in den Fig. 3 bis 7 dargestellt.
In Fig. 3 ist die Kraftübertragung des Hybrid-Antriebs gemäß der Erfindung mittels des Elektromotors 5 auf das Rad 8 dargestellt. Bei dieser Antriebsart wird mittels des Steuerelementes 9 und der Verbindung 11 die Kupplung 6 in die Mitnahmestellung geschaltet. Durch die Steuerleitung 12 wird die Batterie 13 an die Klemmen des Motors 5 gelegt, so daß dieser sein Drehmoment über die Kupplung 6 und den Variator 7 auf das Rad 8 zur Vorwärtsfahrt überträgt. Die Kupplung 3 ist ausgekuppelt und der Verbrennungsmotor 1 somit von der Welle 4 des Elektromotors 5 gelöst. Dieser läuft also beim reinen elektrischen Antrieb nicht mit.
Zur Rückwärtsfahrt wird, ausgehend vom Steuerelement 9, über die Steuerleitung 12 die Versorgungsspannung des Motors 5 von der Batterie 13 umgepolt oder so angelegt, daß sich der Motor 5 in der anderen Richtung umdreht, so daß dann das Fahrzeug,elektrisch angetrieben,rückwärtsfährt. Diese Antriebsart wird immer für die Rückwärtsfahrt benutzt, auch wenn der Verbrennungsmotor noch in Betrieb ist, d.h. die Fahrt rückwärts erfolgt immer mittels des elektrischen Antriebes.
Die Betätigung der Kupplungen 3 und 6 kann mechanisch, elektrisch, elektronisch, magnetisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen, wozu dann die Steuerleitungen 10 und 11 entsprechend ausgebildet werden müssen.
In Fig. 4 ist die Funktionsweise des Anlassens des Verbrennungsmotors dargestellt. In diesem Fall wird, wie strichpunktiert angedeutet ist, die Welle 2 des Motors 1 über die Kupplung 3 mit der Welle 4 des Elektromotors 5 eingekuppelt. Dies erfolgt durch die Steuerleitung 10 vom Steuerelement 9 aus. Die Kupplung 6 zwischen dem Elektromotor und dem Variator 7 ist ausgekuppelt, so daß keine Kraftübertragung auf das Rad 8 erfolgt. Über die Steuerleitung 12 erhält der Motor 5 Strom aus der Batterie 13, in der Schaltung wie beim Vorwärtsantrieb nd treibt damit den Verbrennungsmotor an, bis dieser angesprungen ist. Es kann hierbei eine Kontakttaste vorgesehen sein, damit der Anlaßvorgang nur kurz aufrechterhalten wird.
In Fig. 5 ist die Funktionsweise des Vorwärtsantriebs mit dem Verbrennungsmotor dargestellt. Ausgehend vom Steuerelement 9 ist über die Steuerleitung 10 die Kupplung 3 eingekuppelt.
Ferner ist, ausgehend vom Steuerelement 9,über die Steuerleitung 11 die Kupplung 6 eingekuppelt. Dadurch wirkt die Antriebswelle 2 unmittelbar auf die Welle 4 des Elektromotors 5 ein. Über die Kupplung 6 wird dann das Drehmoment auf den Variator 7 und von hier auf das Rad 8 übertragen, wodurch das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Da der Elektromotor keinen Strom von der Batterie erhält, läuft dieser im Leerlauf, so daß praktisch kein Widerstand auftritt.
In Fig. 6 ist das Laden der Batterie 13 während der Vorwärtsfahrt mit dem Verbrennungsmotor 1 dargestellt. Die Antriebsweise erfolgt in der gleichen Art, wie in Fig. 5, lediglich ist über die Steuerleitung 12 der Motor 5 als Generator an die Batterie 13 angeschlossen, wodurch dieser als Dynamo arbeitet, Strom erzeugt und die Batterie während der Vorwärtsfahrt auflädt.
In Fig. 7 ist die Funktionsweise des Ladens im Stillstand des Fahrzeuges dargestellt. In diesem Falle ist über die Steuerleitung 10 nur die Kupplung 3 eingekuppelt, während die Kupplung 6 ausgekuppelt ist. Über die Steuerleitung 12 ist der Motor 5 als Generator geschaltet und liefert Strom zur Aufladung der Batterie 13.
Die gesamte Anordnung kann auch so getroffen werden, daß eine Ladevorrichtung vorgesehen ist, um das Laden der Batterie 13 an der Steckdose des Stromnetzes vorzunehmen.
Anstelle der normal zu betätigenden Kupplungen können auch automatische Kupplungen vorgesehen sein. Ferner können die Kupplungen auch durch Handverstellung betätigt werden.
Die "Gas"-Pedal-Funktion kann somit zur Steuerung des Elektromotors, zur Steuerung des Vergasers, des Verbrennungsmotors, eventuell mit einer kleinen Auskupplung, oder zur Betätigung eines Riemen-Variators oder der Stufen eines automatischen Getriebes herangezogen werden.
Die verschiedenen Betriebsarten können mittels Hebel gesteuert werden oder durch eine elektrische oder elektronische Schaltvorrichtung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. / Hybrid-Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, y bestehend aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, die miteinander koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Elektromotor (5) mit seiner Welle (4) unmittelbar oder über ein Getriebe an die Antriebselemente des Fahrzeugs, wie Räder, gekoppelt ist und der Verbrennungsmotor (1) über eine auskuppelbare Kupplung mit der Welle (4) des Elektromotors (5) verbunden ist.

2. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Welle (4) des Elektromotors (5) über eine auskuppelbare Kupplung (6) mit mindestens einem Rad (8) und das andere äußere Ende der Welle (4) des Elektromotors über eine auskuppelbare Kupplung mit der Welle (2) des Verbrennungsmotors (1) verbunden ist.

3. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5) als Motor-Generator zur Ladung der Batterie (13) ausgebildet ist.

4. Hybrid-Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Elektromotor (5) eine Übersetzung (14) angeordnet ist.

5. Hybrid-Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisches, elektrisches, elektronisches, hydraulisches, pneumatisches oder magnetisches Steuerelement (9) vorgesehen ist, das über geeignete Steuerleitungen (10, 11) zur Betätigung der Kupplungen (3, 6) sowie über eine Steuerleitung (12) zur Schaltung des Elektromotors (5) vorgesehen ist.

6. Hybrid-Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kupplung (6) und dem Antriebsrad (8) ein Getriebe oder ein Riemen-Variator (7) vorgesehen ist.