DE2943554A1 - Hybrid-antrieb fuer ein fahrzeug, insbesondere kraftfahrzeug - Google Patents
Hybrid-antrieb fuer ein fahrzeug, insbesondere kraftfahrzeugInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
Hybrid-Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere
Kraftfahrzeuge, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie Verfahren zum Betrieb solcher Hybrid-Antriebe«
Hybrid-Antriebe dieser Art sind beispielsweise aus der HE-OS 21 33
sowie aus der CH-PS 222 098 bekannt, Eybrid-Antriebe dieser Art weisen
gegenüber solchen Hybrid-Antrieben, bei denen ein die Antriebsachse
antreibender Elektromotor wahlweise aus einem elektrischen Energiespeicher
oder durcli einen von einer Bresakraftasseiiine angetriebenen
elektrischen Generator gespeist wird, den wesentlichen Vorteil auf,
daß eine einzige elektrische Maschine gleichzeitig als Antriebsmotor,
als Generator zum Laden des elektrischen Energiespeichere oder auch
als Anlaßmotor für die Brennkraftmaschine Verwendung findet. Brennkraftmaschine,
Slektroiaaschine und Antriebsachse des Fahrzeuges sind
bei solchen Hybrid-Antrieben in Beihe geschaltet, wobei zwischen Brennkraftmaschine
und Elektromaschine einerseits sowie zwischen Elektromasehine
und Antriebsachse andererseits Je eine Trennkupplung zwischengeschaltet
ist, wobei je nach Bedarf entweder keine, nur eine von
beiden oder "beide Trennkupplungen in Eingriff sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für einen Hybrid-Antrieb der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art
130013/0417
vorsniender | Vorstand: | ic ! | :' -:u:· --r: \ ^r(i!:e | Dr. | rer | CCl. | Kcrt-Hi r. | ." B: Jt-r |
lift Aullichisrats : | Gunter nj;1 | WlCi | H,is! Mjnjntf · | V*erne/ P | Scnmdi | |||
Si!2 <5βϊ Oi | iis« . Woititutp | |||||||
Pr-Gf. -Dr. 4ecfm. Err:! f;;i{ . Γ-τ j-trr. Peiet f j*rk
sowie seine Ersetzbarkeit und seine Regelbarkeit zu verbessern;
insbesondere soll seine RegelSpontanität erhöht und gleichzeitig,
der Kraftstoffverbrauch seiner Brennkraftmaschine gesenkt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Wesentliche und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dadurch, daß die Brennkraftmaschine erfindungsgemäß ohne Schwungrad
ausgebildet und die für ihren Betrieb erforderliche Schwungmasse integrierter Bestandteil der rotierenden Massen des Antriebes
zwischen den Trennstellen der beiden Trennkupplungen ist, ergibt sich nicht nur eine für das Beschleunigen und für den Energieverbrauch
des Gesamtfahrzeuges an sich bereits vorteilhafte Gewichtsreduzierung,
sondern auch die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine während der Fahrt in geeigneten Betriebsphasen periodisch ab- und wieder zuzuschalten,
was mit einer weiteren, wesentlichen Kraftstoffreduzierung verbunden
ist. Durch die schwungradlose Ausbildung der Brennkraftmaschine bleibt diese zum einen nahezu unverzögert stehen, wenn die Trennkupplung
zwischen Brennkraftmaschine und Elektromasohine außer Eingriff gebracht wird, und zum anderen kann sie danach durch Wiederankuppeln an die
rotierende Elektromaschine aufgrund ihrer geringen Massen im wesentlichen ruckfrei wieder angeworfen werden. Das Zusammenarbeiten der
Elektro- sowie der Brennkraftkomponente erfolgt effektiver und spontaner. Durch die vorgeschlagene Ausbildung des Hybrid-Antriebe ergeben
sich für diesen einige besonders vorteilhafte Betriebsverfahren. So ist es in vorteilhafter Weise möglich, in energiesparender- und umweltfreundlicher
Weise ausschließlich mit der Elektromaschine anzufahren und die Brennkraftmaschine erst nach Erreichen einer Mindestdrehzahl
unter Einsatz der in den rotierenden Massen zwischen den beiden Trennkupplungen gespeicherten kinetischen Energie anzuwerfen und sehr schnell
auf die Drehzahl der Elektromaschine zu beschleunigen. Das Schwungrad der Brennkraftmaschine eines aus Brennkraftmaschine und Elektromaschine
aufgebauten Hybrid-Antriebs durch die Masse des Läuferteils der Elektro-
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maschine zu ersetzen, ist an sich bereits bekann (DE-OS 24 00 ?60).
Bei dieser bekannten Anordnung ist die Elektromaschine als Scheiben-
Antriebsmotor läufer-Motor aufgebaut, der nicht nur als elektrischer/ wirkt,
sondern gleichzeitig Kupplungsaufgaben übernimmt. Im Gegensatz zum
Anmeldungsgegenstand besteht der entscheidende Unterschied, daß dort die mit der Brennkraftmaschine zusammenwirkende Schwungmasse der
Elektromasohine in das brennkraftmasohinenseitige Kupplungsteil (der
Elektromaschine) integriert ist, so daß auch beim Trennen der als
Kupplung wirkenden Elektromaschine die Schwungmasse stets mit der Brennkraftmaschine starr verbunden bleibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung erläutert,
In der einzigen Figur ist in stark schematisierter Weise ein Hybrid-Antrieb
in Reihenanordnung mit der zugehörigen Hegelungsanordnung dargestellt« Sei diesem Antrieb ist die SrennkraftsasehXse ®it 1f die
Elektromaschine mit 2 und die angetriebe Achse des Fahrzeuges mit 6
"beziffert» Die Läuferwelle der mit einem elektrisches Energiespeicher
7 elektrisch verbundenen ElektromascMne 2 ist über eine erste Trennkupplung 5 und über ein Übersetzungsgetriebe J mit der angetriebenen
Achse 6 sowie über eine zweite Trenskupplung 4 fflit der Äbtriebswelle
der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Nach den betrieblichen Erfordernissen
und/oder dem Wunsch des Fahrzeugführers können die beiden Trennkupplungen 4 bzw. 5 mittels der nur schematisch angedeuteten
Stellglieder 17 bzw. 1β in und außer Eingriff gebracht werden. Mit
Vorteil können dabei elektro-pneumatische Stellglieder 18 eingesetzt werden, welche über Magnetventile 17 o. a. angesteuert werden.
Die Brennkraftmaschine 1 ist ohne das sonst übliche Schwungrad ausgebildet,
Die für den Betrieb der Brennkraftmaschine zwingend eriorderliche
Schwungmasse ist is die rotierenden Hassen des Antriebs zwischen den Trennstellen der beiden Trennkupplungen 4 VLnä 5 integriert
worden» Je nach den baulichen Gegebenheiten kann die erforderliche Schwungmasse zumindest teilweise Im rotierendes Teil der Elektrss&sehis
2 oder aber zumindest teilweise im mit der Elektromaschine verbundenen
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Tell zumindest einer der beiden Trennkupplungen 4 bzw. 5 integriert
sein. Im allgemeinen dürfte Jedoch die rotierende Läufermaeee der
Elektromasohine 2 bereite für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ausreichen. Die sohwungradlose Auebildung der
Brennkraftmaschine bedeutet, daß diese infolge ihrer geringen Maeββ
sehr schnell und ruckfrei aus dem Stillstand heraus auf eine bestimmte Drehzahl beschleunigt werden kann, also sehr spontan reagiert.
Andererseits bleibt sie bei Leerlast und Fortfall der wirksamen Schwungmasse selbst bei eingeschalteter Zündung und ausreichender Kraftstoffzufuhr nahezu unverzögert stehen. Das gilt jedenfalls für Motoren mit
nicht dauernd positivem Drehkraftdiagramm. Bei Motoren mit dauernd
positivem Drehkraftdiagramm, z. B. bei 6-Zylinder-Motoren, wird mit
Vorteil die Kraftstoffzufuhr unterbrochen. Ein Nichtabschalten der
Zündung während des Stillsetzvorganges auf die Drehzahl Null hat dabei den entscheidenden Vorteil, daß keine unverbrannten Kraftstoffanteile
oder höhere Schadstoffemissionen erzeugt werden.
um das Zusammenspiel der einzelnen Stell-, Schalt- und Steuerglieder
aufeinander abzustimmen und miteinander zu koordinieren, ist eine zentrale elektronische Regeleinrichtung 11 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel lediglich schematisoh angedeutet ist. Diese zentrale elektronische Regeleinrichtung führt entsprechend den ihr zugeführten Steuersignalen und/oder Istwert- bzw. Sollwert-Signalen
den Stellgliedern 17, 18 der beiden Trennkupplungen sowie den Stell-
und Steuergliedern I4, 15, 16 der Brennkraftmaschine 1 bzw. der
Elektromaschine 2 zu deren Betätigung bzw. Aussteuerung notwendige
Steuersignale zu.
Das Anfahren des mit dem Hybrid-Antrieb ausgerüsteten Fahrzeuges erfolgt in bekannter Weise ausschließlich mit Hilfe der Elektromaschine
2, wozu die zweite Trennkupplung 4 durch entsprechende Steuerungsmaßnahmen außer Eingriff gebracht ist. Der dadurch von ihrer Schwungmasse getrennten Brennkraftmaschine 1 wird während dieses Anfahrvorganges zumindest kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 23 zugeführt. Im.allgemeinen wird auch die Zündung noch ausgeschaltet bleiben.
Je nach Art der eingesetzten Elektromasohine sowie der gewählten
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Begelungsart - eine Feldregelung oder kombinierte Anker/Feldregelung
- werden während des Anfahrvorganges entweder nur die zweite Trennkupplung 4 oder aber beide Trennkupplungen 4 ^nd 5
außer Eingriff gebracht. Im ersten Falle ist die Elektromaschine 2 über die in Eingriff befindliche erste Trennkupplung 5 sowie das
Getriebe 5 mit der Antriebsachse 6 verbunden, so daß sie - ausgehend
vom Stillstand - unter Last hochlaufen muß. Bas ist nur bei Vorliegen einer Ankerstrom- bzw. Ankerspannungsregelung möglich« In
zweiten Falle, wenn beide Trennkupplungen außer Eingriff gebracht sind, wird allein die Elektromaschine 2 aus dem Stillstand heraus
hochgefahren, also im Leerlauf, da sie von der Antriebsachse 6 getrennt
ist. In diesem Falle ist es auch möglich, die Drehzahl der Elektromasohine in bekannter Weise mittels einer reinen Feldregelung
zu verstellen, da der untere Drehzahlbereich lastfrei entsprechend der Maechinenkennlinie durchlaufen wird. Wenn das Fahrzeug anschließend
rein elektrisch angetrieben werden soll, wird nach Hochlaufen der Elektromaschine 2 die erste Trennkupplung 5 in Eingriff gebracht und
damit die Verbindung zwischen Antriebsachse 6 und der motorisch arbeitendes
ElektroEasehine hergestellt» Die gewünschte Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeuges wird in gewohnter Weise durch Betätigung eines Fahrpedals 8 eingestellt, welches der zentralen elektronischen Segeleinrichtung
11 über eine nur schematised* dargestellte elektrische Schaltverrichtung
20 ein der Fahrpedal-Auslenkung proportionales Steuersignal zugeführt. Die zentrale elektronische Regeleinrichtung 11 ^bildet daraus
ein entsprechendes Stellsignal für die Steuereinrichtung 16 der Elektromaschine 2« Durch Einsatz eines mit der ersten Trennkupplung 5 zusammenwirkenden
mechanischen Schaltgetriebes oder eines stufenlosen Getriebes kann die Anpassung und die Abstimmung zwischen Elektromaschine
und Antriebsachse weiter verbessert bzw. verfeinert werden.
Der Antrieb des Fahrzeuges ausschließlich mittels der Elektromaschine
erfolgt mit Torteil auf solchen Strecken, auf denen es auf geringe Emissionen und möglichst gerauechfreies Fahren ankommt, s« B, im innerstädtischen Verkehr. Hierbei werden alle Vorteile des reines Elektrobetriehes
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ausgenutzt, d. h. insbesondere auch, daß beim Abbremsen des Fahrzeuges in bekannter Weise zunächst eine umsteuerung der Elektromaschine aus dem motorischen in den generator!βoben Betrieb erfolgt,
um zumindest einen Teil der abzubremsenden kinetisohen Energie des
Fahrzeuges in Form elektrischer Energie in den elektrischen Energiespeicher 7 zurückzuspeisen. Das Bremspedal 1°· des Fahrzeuges ist zu
diesem Zweok in an sich bekannter Weise sowohl mit einem Hauptbremszylinder 21 eines üblichen hydraulischen Bremssystems des Fahrzeuges
als auch mit einer elektrischen Schalteinrichtung 22 verbunden, mit der bei Betätigung des Bremspedals über die zentrale elektronische
Regeleinrichtung 11 eine Umsteuerung der Elektromasohine in ihren
generator!sehen Betrieb bewirkt wird, wobei Hauptbremszylinder 21 und
elektrische Schalteinrichtung 22 so abgestimmt und angeordnet sind, daß zunächst nur die elektrische Schalteinrichtung und erst später
der Hauptbremszylinder wirksam wird. Die elektrische Schalteinrichtung 22 kann dabei mit Vorteil so ausgebildet sein, daß der elektronischen
Schalteinrichtung 11 ein mit dem Druck des Bremspedale 19 zunehmendes
Steuersignal zugeführt wird,welches zunächst die Umsteuerung in den Generatorbetrieb und danach das Ineingriffbringen der zweiten Trennkupplung
/Wenn nach erfolgtem rein elektrischen Anfahren zu einem späteren Zeitpunkt, wenn eine Mindestdrehzahl der zwischen den beiden Trennkupplungen 4 und 5 wirsamen Schwungmassen erreioht ist, die Brennkraftmaschine 1 - alleine oder im Zusammenwirken mit der Elektromaschine 2 - als Antriebsmaschine eingesetzt werden soll, dann wird
nach entsprechender Befehlsgabe des Fahrzeughalters von der zentralen elektronischen Regeleinrichtung 11 bei eingeschalteter Zündung sowie
bei entsprechender Kraftstoffzufuhr zum Gemischbildner 14 üe zweite
Trennkupplung 4 in Eingriff gebracht, wodurch die Brennkraftmaschine
gestartet und aufgrund ihrer geringen Massen sehr schnell auf die Drehzahl der Elektromaschine hinaufbeschleunigt wird. Je nach den Anforderungen der gefahrenen Strecke und der Umwelt hat der Kraftfahrzeuglenker nun die Möglichkeit nach Bedarf oder nach Wuneoh entweder gleichzeitig die Brennkraftmaschine 1 und die dazu in Reihe liegende Elektromaschine 2 als Antriebsmaschine auszunutzen, oder nur noch mit der
Brennkraftmaschine 1 als Antriebsmaschine weiterzufahren. Bei ansteigender Fahrbahn und/oder bei Beschleunigungsphasen wird die Elektro-
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masohine 2 in bekannter Weise - ein Drehmoment addierend - elektromotorisch,
d. h. als gleichzeitig wirkende Antriebsmaschine, und auf
Gefällestrecken und/oder bei Verzögerungsphasen - den elektrischen
Energiespeicher 7 speisend - generatorisch betrieben werden. Falls der elektrische Energiespeicher 7 bereits seine volle Speicherkapazität
aufweist, ist es natürlioh auch möglich, die Elektromaschine
2 elektrisch vom elektrischen Energiespeicher 7 zu trennen
und den rotierenden Läufer lediglich als Schwungmasse für die Brennkraftmaschine
1 auszunutzen.
Mit Vorteil ist es möglich, das der Brennkraftmaschine 1 sowie der
Elektromasohine 2 zugeordnete gemeinsame Fahrpedal 8 so auszubilden,
daß innerhalb eines ersten Betätigungsbereiches I nur die eine der beiden Masohinen als Antriebsmaschine wirksam ist und daß innerhalb
eines daran anschließenden zweiten Betätigungsbereiches II beide Maschinen gleichzeitig als Antriebsmaschinen wirksam sind. Dazu ist
das Fahrpedal 8 im Ausführungsbeispiel mit einer schematisch angedeuteten
elektrischen Schaltvorrichtung 20 ausgerüstet, deren Ausgangseignale der elektronischen Hegeleinrichtung 11 als Steuersignale zugeführt
Bind» Die zwei vorerwähnten Betätigungsbereiche des Fahrpedales 8 können z, B, so gewählt sein, daß im Betätigungsbereich I nur die
El ektr ©maschine 2 als Elektromotor wirksam ist, üM im Betätigungsbereich
II sowohl die Brennkraftmaschine als auch die Elektr©maschine
motorisch wirksam sind. Um die Variationsmöglichkeiten bezüglich des Einsatzes der Brennkraftmaschine sowie der Elektromaschine des Hybrid-Antriebes
noch besser ausnutzen zu können, ist ein z. B. manuell betätigbarer
elektrischer Lastsystes-Usschalter 1J vorgesehen, welcher
sit der zentralen elektronischen Regeleinrichtung 11 in Verbindung
steht und durch dessen Betätigung die Suordnung des ersten Betätigungebereiches
I des Jahrpedals S sur Brennkraftmaschine 1 bzw. zur Elektromaschine
2 vertauscht wird, wodurch sich in einfacher Weise die Möglichkeit eröffnet, das Fahrzeug im Bedarfsfalle zunächst mit der Brennkraftmaschine
zu betreiben.
Soll das Fahrzeug zunächst nur mit der Brennkraftmaschine 1 betrieben
werden, dann wird diese in der ¥eise gestartet, daß bei außer Eingriff
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befindlichen Trennkupplungen 4 und 5 «unäohst die Elektromasohine 2
auf eine Mindestdrehzahl beschleunigt wird und daß danach bei eingeschalteter Zündung sowie zugesohalteter Kraftstoffzufuhr zum Gemischbildner 14 die zweite Trennkupplung 4 in Eingriff gebracht wird,
wodurch die Brennkraftmaschine 1 gestartet wird. Da sie selbst schwungradlos ausgeführt ist, wird sie sehr sohnell auf die Drehzahl
der Elektromaschine beschleunigt. Wenn die Brennkraftmaschine 1, wie
eben geschildert, bei stillstehendem Fahrzeug angelassen wird, ist
es - zumindest bei Einsatz eines mechanischen Schaltgetriebes sowie eines stufenlosen Getriebes - erforderlich, die erste Trennkupplung 5
als Anfahrkupplung auszubilden, um das Fahrzeug aus dem Stillstand heraus zu beschleunigen. Mit Vorteil wird in diesem Falle die erste
Trennkupplung als elektronisch regelbare Anfahrkupplung ausgebildet. In diesem Falle ist getriebe- sowie maschinenseitig der ersten Trennkupplung 5 Je eine Drehzahl-Erfassungsvorrichtung 9 bzw. 10 vorgesehen,
deren Meßsignale n1 und n2 sowie zusätzlich ein Lastsignal der zentralen elektronischen Regeleinrichtung 11 als Istwerte zugeführt werden und von
dieser nach Betätigung des Getriebesohalt- bzw. Wählhebels 12 des Getriebes 3 in geeignete Stellsignale für das der Trennkupplung 5 zugeordnete Stellglied I7/I8 umgeformt werden, woduroh die erste Trennkupplung 5 in bei Anfahrkupplungen üblioher Weise zum Eingriff gebraoht
wird.
Die durch die schwungradlose Ausführung der Brennkraftmaschine 1 begründeten spontanen Reaktionen auf Regelungsmaßnahmen maohen sioh besonders vorteilhaft dann bemerkbar, wenn die Brennkraftmaschine bei
fahrendem Fahrzeug zwecke KraftstoffverbraucheSenkung in Abhängigkeit
von Betriebsparametern des Fahrzeuges periodisch ab- und wieder zugeschaltet wird. Mit Vorteil kann nämlioh bei solchen Betriebszuständen,
in denen die zwischen den beiden Trennkupplungen 4 und 5 konzentrierte Schwungmasse der Brennkraftmaschine mit einer oberhalb einer Mindestdrehzahl liegenden Drehzahl umläuft und in welchen die Brennkraftmaschine das Fahrzeug nicht antreibt, d. h. im Schubbetrieb, zumindest die zweite Trennkupplung 4 zwischen Brennkraftmaschine und Elektromaschinen außer Eingriff gebracht werden, wodurch die schwungradlose
Brennkraftmaschine nahezu unverzögert stehenbleibt und andererseits die
kinetische Energie der die Motorschwungmasse bildenden Drehmasβen erhalten bleibt. Dabei wird von der
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zentralen elektronischen Regeleinrichtung 11 gleichzeitig einerseits
die Kraftstoffzufuhr zum Gemisohbildner 14 unterbrochen und
andererseits, sofern dies noch nicht geschehen ist, die Elektromaeohine
2 elektrisch vom elektrischen Energiespeicher 7 getrennt. Sowie die Drehzahl der Schwungmasse auf die vorerwähnte Mindestdrehzahl
abgesunken ist, wird die zweite Trennkupplung 4 wieder in Eingriff gebracht und die Kraftstoffzufuhr zum Gemischbildner 14
wieder hergestellt, wodurch die Brennkraftmaschine in vorerwähnter Welse gestartet wird, ohne daß dabei im Fahrzeug ein den Komfort
mindernder Rack spürbar wird. Es ist natürlich auch denkbar, während dieser Betriebsphase nicht nur die zweite Trennkupplung 4ι
sondern gleichzeitig auch die erste Trennkupplung 5 außer Eingriff
zu bringen.
Das Aus- und Wiedereinschalten der Brennkraftmaschine kann vorteilhafterweise
dadurch gesohehen, daß die zweite und ggf. auch die erste Trennkupplung 4 bzw. 5 selbsttätig außer Eingriff gebracht und
die Brennkraftmaschine 1 durch Sperren der Kraftstoffzufuhr ausgeschaltet
wird, wenn das Fahrpedal 8 nioht betätigt wird und daß die Trennkupplusg wieder in Eingriff gebracht und die Kraftstoff zufuhr
wieder hergestellt wird, wenn das Fahrpedal wieder betätigt wird. Wenn insbesondere das Wiedereinschalten der Brennkraftmaschine über
die Betätigung des Fahrpedals β veranlßt wird, ist es in vorteilhafter
Welse auch ffiöglieh, durch entsprechende SegelsngsjBaBsahmes dafür su
sorgen, daß die Schwungaaseendrehzahl nicht unter die vorerwähnte
Mindest drehzahl absinkt, Bas kar^a in der Weise geschehen, dai die
Elektrosasohine 2, wenn sowohl die erste als auch die zweite Trennkupplung
außer Eingriff gebracht ist, beim Absinken der Schwungmassendrehzahl auf die Mindestdrehzahl selbsttätig an den elektrischen
Energiespeicher 7 angeschaltet, im Motorbetrieb auf eine oberhalb der
Kindestdrehzahl liegende Drehzahl hochgefahren und sodann wieder vom elektrischen Energiespeicher abgeschaltet wird. Es 1st oei außer Eingriff
befindlichen Trennkupplungen auch möglich, die Elektromasehise
während dieser 2eit ständig am elektrischen Energiespeicher 7 ange-
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schlossen zu lassen und im Motorbetrieb mit einer etwas oberhalb
der Mindestdrehzahl liegenden Drehzahl zu betreiben. Sie dabei auftretenden
Verluste sind sehr gering, da die Elektromasohlne hierbei
praktisch im Leerlauf betrieben wird.
Zweckmäßigerweise wird der Energieinhalt des elektrischen Energiespeichers
7 kontinuierlich tiberwacht und beispielsweise über eine
Anzeigevorrichtung 24 dem Fahrer signalisiert. Über die zentrale elektronische Regabinriohtung 11 ist es möglich, z. E. in den Betriebsphasen,
in denen das Fahrzeug ausschließlich mit der Elektromaschine angetrieben wird, bei Absinken des Energieinhalte auf einen
Mindestwert selbsttätig die Brennkraftmaschine 1 zuzuschalten und die Elektromaschine 2 aus ihrem motorischen Betrieb herauszusteuerη
und je nach den Anforderungen der Fahrstrecke entweder zur Aufladung
des Energiespeichers in den generatorischen Betrieb umzusteuern oder aber elektrisch vom elektrischen Energiespeicher 7 abzutrennen. Diese
kontinuierliche Überwachung des Energieinhalts des elektrischen Energiespeichers ist wichtig, weil die Elektromaschine 2 nicht nur
als Antriebsmaschine, sondern insbesondere auch als AnlaSmaschine für
die Brennkraftmas chine benötigt wird und mindestens sichergestellt
sein muß, daß die Elektromaschine zum Anlassen der Brennkraftmaschine aus dem Stillstand heraus auf die benötigte Mindestdrehzahl beschleunigt
werden kann.
Von Vorteil ist es auch, den Treibstoffvorrat im Kraftstoffbehälter
23 kontinuierlich zu überwachen und bei dessen Absinken auf einen
Mindestwert die Brennkraftmaschine 1 unter Trennung der zweiten Trennkupplung 4 abzuschalten und die Elektromaschine 2 in den motorischen
Betrieb zu steuern, wenn dieser nicht bereits vorliegt.
Insbesondere auf längeren Gefällestrecken nützt man gerne die Bremswirkung
der Antriebsmotoren aus, um die eigentliche Bremsanlage des Fahrzeuges nicht zu überlasten. Um diese Möglichkeit des Motorbremsens
auf Gefällestrecken zu erhalten, ist es möglich, auf die elektronische Regeleinrichtung 11 eine z. B. manuell betätigbare, nicht weiter dar-
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gestellte elektrische Schaltvorrichtung vorzusehen, mittels der
das selbsttätige Au£ereingriffbringen der beiden Trennkupplungen
4 und 5 sowie das selbsttätige Abschalten der Brennkraftmaschine erforderlichenfalls oberhalb einer Mindestdrehzahl willkürlich
blookiert werden kann.
Der Vollständigkeit halber sei auch darauf hingewiesen, daß als
Übersetzungsgetriebe auch ein automatisches Getriebe eingesetzt werden kann. In Verbindung mit der Trennkupplung 5 ergibt sich
hierbei der wesentliche Vorteil, daß das Fahrzeug im Gegensatz zu üblichen Fahrzeugen mit automatischem Getriebe im Stand keinerlei
Kriechneigung besitzt. Insgesamt ergibt sich infolge der vorgesehenen Maßnahmen ein Fahrzeug mit Hybrid-Antrieb, das sich durch
eine besonders gute Regelspontanität und einen besonders geringen Kraftstoffverbrauch auszeichnet, der nicht nur durch die besondere
Art der Betriebsweise, sondern auch durch die bewußte Einsparung von Gewioht durch Ausnutzung der sowieso vorhandenen Schwungmassen
als Schwungrad für die Brennkraftmaschine begründet ist.
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Claims (26)
- O Q / O C IT /VO LK S WAG E N WE R K ' ^AKTIENGESELLSCHAFT3180 Wolfsburg 1Unsere Zeichen: K 2819 26. Okt. 197917O2pt-gn-klANSPRÜCHEybrId-Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer aus einem elektrischen Energiespeicher speisbaren und ggf. in diesen Energiespeicher rückspeisenden Elektromaschine, die über eine erste Trennkupplung mit der Antriebsachse des Fahrzeuges und über eine zweite Trennkupplung mit einer zu ihr in Reihe liegenden Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei je nach Bedarf keine, nur eine von beiden oder beide Trennkupplungen in Eingriff sind,dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (1) ohne Schwungrad ausgebildet und die für ihren Betrieb erforderliche Schwungmasse integrierter Bestandteil der rotierenden Massen des Antriebs zwischen den Trennstellen der beiden Trennkupplungen (4,5) ist.
- 2. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse zumindest teilweise im rotierenden Teil der Elektromaschine (2) integriert ist.
- 3. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Schwungmasse zumin dest teilweise im mit der Elektromaschine (2) verbundenen Teil zumindest einer Trennkupplung (4 bzw. 5) integriert ist.130019/0417Vorsitzender Vorstand: Toni Scrrnücfcer, Vorstuender ■ ΚδΜΉθιηζ Β'ιβτ. - Prof. Dr. tecrin. Ernst Fiala ■ Dt |ur. Peter Frt-rkdes Aulsichtsrats: Gunter Hartwiei Herst Münjner ■ Sr. rer. sd. Werner P. ScHn-.id; GcUliec M. Sttoüi . PrC. Or. rer pol. FtieilnO. Inom<··Hens b r-.saurr Sitz der Gesellschaft: WoUsbur? Amtsgericht Wolltburg HRB 21S■■- 2 -
- 4. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3>dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Trennkupplung (5) und der Antriebsachse (6) des Fahrzeugs ein mit der ersten Trennkupplung (5) zusammenwirkendes mechanisches Schaltgetriebe (j) angeordnet ist.
- 5. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3*dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Trennkuppliing (5) und 4er Antriebsachse {6} des fahrzeuges ein automatisches Getriebe angeordnet ist«
- 6. Hybrid-Antrieb nach einem der Anspräche 1 bis 3»dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Trennkupplung (5) und der Antriebsachse {€) des fahrzeuges ein stufenloses Getriebe angeordnet ist«
- 7. Hybrid-Äntrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zentrale elektronische Segeleinrichtung (11), die aufgrund ihr stigeführier Steuer- -and. Istwert-Signale den ireiHikuppluageii (4» 5) sowie de» Maschinen (1, 2) z-ageordneten Stellgliedern (14, IS»· 16; 1?,18) Steuersignale zuführt«
- β. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7« dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftmaschine (1) sowie der Elektromaschine (2) ein gemeinsames Pahrpedal (8) zugeordnet ist« mit einem ersten Betätigungebereich (i), in dem nur eine der beiden Maschinen als Antrieb wirksam ist, sowie mit einem daran anschließenden zweiten Betätigungsbereich (ll), in dem beide Maschinen {i, 2) als Antriebsmaschiiieii wirksam sind,
- 9. Bybrid-Antrieb nach Anspruch 8*dadurch gekennseielmei, daß das Fahrpedal (8) mit einer elektriscnen Schaltvorrichtung (20) in Verbindung steht, deren Ausgangesignale13ÖO19/O417der elektronischen Regeleinrichtung (11) als Steuersignale zugeführt sind.
- 10. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 8 und 9»dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die elektronische Regeleinrichtung (11) einwirkender manuell betätigbarer Lastsystem-Umschalter (15) vorgesehen ist, durch dessen Betätigung die Zuordnung des ersten Betätigungebereiches (i) des Fahrpedals (θ) zur Brennkraft- bzw. Elektromaschine (1 bzw. 2) vertauschbar ist.
- 11. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10,dadurch gekennzeichnet, daß das Bremspedal (19) in an sich bekannter Weise sowohl mit einer die Umsteuerung der Elektromasohine (2) in ihren generatorischen Betrieb bewirkenden elektrischen Schalteinrichtung (22) als auch mit einem Hauptbremszylinder (21) eines hydraulischem Bremssystems des Fahrzeuges in Verbindung steht.
- 12. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schalteinrichtung (22) der elektronischen Regeleinrichtung (11) ein mit dem Druck des Bremspedals (19) ansteigendes Steuersignal zuführt, welches bis zu einem ersten Wert eine zunehmende generator!sehe Bremsung der Elektromaschine (2) und oberhalb dieses Wertes zusätzlich das Ineingriffbringen der zweiten Trennkupplung (4) (Motorbremse) bewirkt.
- 13. Hybrid-Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis 12,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Trennkupplung (5) als elektronisch regelbare Anfahrkupplung ausgebildet ist.
- 14. Hybrid-Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis I3,dadurch gekennzeichnet, daß für das Ineingriffbringen und Außereingriffbringen der Trennkupplungen (4» 5) sowie für das Aussteuern und Abschalten der Brennkraftmaschine (1) elektro-pneumatische Stellglieder (17» 18) vorgesehen sind.130019/0417
- 15· Verfahren zum Betrieb eines Hybrid-Antriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 14,dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrvorgang in an sich bekannter Weise bei außer Eingriff befindlicher zweiter Trennkupplung (4) allein unter Einsatz der Elektromaschine (2) vorgenommen wird.
- 16. Verfahren nach Anspruch 15»dadurch gekennzeichnet, daß bei außer Eingriff befindlichen Treimkupplungen (4, 5) zunächst die Elektromaschine (2) allein auf eine Kindestdrehzahl beschleunigt wird TSid daß danach die mit der Antriebsachse (6) in Verbindung stehende erste Trennkupplung (5) in Eingriff gebracht wird.
- 17* Verfahren nach Anspruch I5 oder 16.dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit und/oder einer vom Fahrer gewünschten Last die zweite Trennkupplung (4) ^n Eingriff gebracht und die Brennkraftmaschine (1) dadurch angelassen wird»
- 18» Verfahren nach Anspruch 15»dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromasehine {2} bei außer Eingriff befindlichen Trennkupplungen {4» 5) auf eine Mindestdxehzahl beschleunigt wird, daß danaoh die zweite Trennkupplung (4) in Eingriff gebracht wird und daß nach dadurch ausgelöstem Starten der Brennkraftmaschine (1) auch die erste Trennkupplung (5) is. Eingriff gebracht wird»19« Verfahren nach einea der Anspruchs 15 bis 18.dadurch gekermaelohnet, daS die JSlektrosassiiine (2) ia as sich bekannter Weise bei ansteigender Fahrbahn und/oder bei Beschleunigungsphasen - ein Drehmoment addierend - elektromotorisch trnsl suf Gs f alles trecken und/oder bei Verzögeruagsjahasen - aen elektrischen Energiespeicher (?) speisend - generatoxiseh betrieben
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- 20. Verfahren naoh einem der Ansprüohe 17 bis 19»dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zweite Trennkupplung (4) bei solchen Betriebszuständen, in welchen die Brennkraftmaschine (1) das Fahrzeug nioht antreibt (Schubbetrieb) und die Schwungmasse mit einer oberhalb einer Mindestdrehzahl liegenden Drehzahl umläuft, außer Eingriff gebracht, die Elektromasohine (2) elektrisch vom elektrischen Energiespeicher (7) getrennt und die Brennkraftmaschine (1) ohne Abschaltung der Zündung ausgeschaltet wirdund daß sie wieder in Eingriff gebracht und die Brennkraftmaschine (1) wieder eingeschaltet wird, wenn die Drehzahl der Schwungmasse auf die Mindestdrehzahl abgesunken ist.
- 21. Verfahren naoh einem der Ansprüche I7 bis I?,dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zweite Trennkupplung (4) außer Eingriff gebracht und die Brennkraftmaschine (1) ohne Abschaltung der Zündung ausgeschaltet wird, wenn das Fahrpedal (β) nicht befitigt wird und daß sie wieder in Eingriff gebracht und die Brennkraftmaschine (1) wieder zugeschaltet wird, wenn das Fahrpedal (8) wieder betätigt wird.
- 22. Verfahren naoh Anspruch 20 oder 21,dadurch gekennzeichnet, daß beide Trennkupplungen (4, 5) außer Eingriff gebracht werden und daß die Elektromaschine (2) beim Absinken der Schwungmassendrehzahl auf die Mindestdrehzahl selbsttätig an den elektrischen Energiespeicher (7) angeschaltet, im Motorbetrieb auf eine oberhalb der Mindestdrehzahl liegende Drehzahl hochgefahren und sodann wieder vom elektrischen Energiespeicher (7) abgeschaltet wird.
- 23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21,dadurch gekennzeichnet, daß beide Trennkupplungen (4» 5) außer Eingriff gebracht werden und daß die an den elektrischen Energiespeicher (7) angeschlossene Elektromaschine (2) im Motorbetrieb mit einer etwas oberhalb der Mindestdrehzahl liegenden Drehzahl betrieben wird.130019/0417
- 24. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21,dadurch gekennzeichnet, daß das Außereingriffbringen der Trennkrupplungen (4, 5) sowie das Abschalten der Brennkraftmaschine (1) erforderlichenfalls mittels eines vom Fahrer betätigbaren, auf die elektronische Hegeleinrichtung (11) einwirkenden elektrischen Schaltanordnung oberhalb einer Mindestdrehzahl blookierbar ist.
- 25* Verfahren nach einem der Ansprüche I7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieinhalt des elektrischen Energiespeichers (7) kontinuierlich überwacht wird und daS bei dessen Absinken auf einen Mindestwert selbsttätig die Brennkraftmaschine (1) zugeschaltet und die Elektromaschine (2) aus ihrem motorischen Betrieb herausgesteuert wird.
- 26. Verfahren nach Anspruch 25,dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromasehine (2) elektrisch vom elektrischen Energiespeicher (7) abgetrennt wird.27* Verfahren nach Anspruch 25»dadurch gekennzeichnet» daß die Elektreaaeshine {2} voa notorischen in den genratorischen Betrieb umgesteuert wird.2Θ. Verfahren nach einem der Ansprüche I7 Ms 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoffvorrat der Brennkraftmaschine (1) kontinuierlich überwacht wird und daß bei dessen Absinken auf einen Mindestwert selbsttätig die Elektromaschine (2) elektromotorisch betrieben und die Brennkraftmaschine (1) unter trennung der zweiten ^rennkupplxmg (4) abgeschaltet wird.29, Verfahren nach Anspruch 16,dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromasehine (2) nach dem Starten der Brennkraftmaschine (1) elektrisch vom elektrischen Energiespeicher (7) getrennt wird.19/041730. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung der Brennkraftmaschine (1) zumindest während des Stillsetzvorganges auf die Drehzahl Null nicht abgeschaltet wird.130019/0417
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