DE3140492A1 - Hybridantrieb, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Hybridantrieb, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Description

  • Hybridantrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge
  • Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei einem bekannten Hybridantrieb dieser Gattung (DE-OS 22 58 707) ist die Brennkraftmaschine über eine schaltbare Kupplung mit dem ihr zugeordneten Antriebsrad verbunden, während die Elektromaschine starr mit dem zugehörigen Antriebsrad verbunden ist. Beide Antriebsräder sind als Kegelräder ausgebildet und kämmen mit einem Tellerrad eines Kraftfahrzeug-Differentialgetriebes üblicher Bauart. An einem Ausgleichsradträger, der über das Tellerrad angetrieben wird, sind Ausgleichsräder gelagert, die als Kegelräder ausgebildet sind und mit ebenfalls als Kegelräder ausgebildeten Abtriebsrädern kämmen.
  • Die Abtriebsräder sind auf je einer als Achswelle ausgebildeten Lastwelle befestigt und über diese mit je einem Rad verbunden.
  • Mit diesem bekannten Hybridantrieb läßt sich zwar ein für den Fahrbetrieb zeitweise nicht benötigter Teil der von der Brennkraftmaschine abgegebenen Leistung in elektrische Leistung umwandeln und in einer Batterie speichern und umgekehrt läßt sich die Antriebs leistung der als Motor betriebenen Elektromaschine gemeinsam mit derjenigen der Brennkraftmaschine oder, bei ausgerückter Schaltkupplung, alleine zum Antreiben eines Fahrzeugs verwenden. Bei eingerückter Schaltkupplung können Brennkraftmaschine und Elektromaschine jeweils nur mit gleicher Drehzahl laufen, wodurch die Fähigkeit dieses bekannten Hybridantriebes, sich unterschiedlichen Leistungsanforderungen anzupassen, stark begrenzt ist und der Brennkraftmaschine häufig Betriebszustände aufgezwungen werden, in denen sie ihren günstigsten Wirkungsgrad nicht annähernd erreicht.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb der genannten Gattung derart weiterzubilden, daß die Brennkraftmaschine, die an sich üblicherweise ein Drehmoment-Drehzahlverhalten von geringer Elastizität aufweist, trotz stark wechselnder Anforderungen an die Abtriebsdrehzahl und das Abtriebsdrehmoment ständig mit einer für ihren Wirkungsgrad günstigen Drehzahl betrieben werden kann.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorallem im Hinblick auf das Aufladen der Batterie zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben.
  • Mit der Erfindung wird erreicht, daß das Differentialgetriebe stufenlos als Drehzahl- und Drehmomentwandler arbeitet, mit der Folge, daB sowohl die Brennkraftmaschine wie die Elektromaschine bei gleichen Leistungsanforderungen an den Hybridantrieb als Ganzes für eine geringere Leistung ausgelegt werden können und dementsprechend um etwa 50% leichter sind als bei dem bekannten Hybridantrieb. Die Drehzahl der Lastwelle, und somit die Fahrgeschwindigkeit eines mit dem erfindungsgemäßen Hybridantrieb ausgerüsteten Fahrzeugs läßt sich in einem weiten Bereich von beispielsweise 1:4,5 stufenlos mit einem einfachen Elektrofahrschaiter regeln. Infolyedessen ist für Stadtfahrten eines mit dem erfindungsgemäßen Hybridantrieb ausgerüsteten Fahrzeugs ein Schaltgetriebe im allgemeinen nicht erforderlich; für Uberlandfahrten genügt bei normalen Anforderungen ein einfaches Vorschaltgetriebe. Die Brennkraftmaschine läuft ständig mit optimaler Drehzahl und Drehmomentabgabe, da sie überschüssige Leistung jederzeit an die Elektromaschine abgeben kann, die vorzugsweise als Hauptschlußmaschine ausgebildet ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert Eine Brennkraftmaschine B treibt über ein als Kegelzahnrad ausgebildetes erstes Antriebsrad 1 zwei Ausgleichsräder 2 eines Differentialgetriebes D. Das Differentialgetriebe D weist ein zweites, gleichfalls als Kegelzahnrad ausgebildetes Antriebsrad 3 auf, das gleichachsig mit dem ersten Antriebsrad 1 angeordnet ist und ebenfalls mit den Ausgleichsrädern 2 kämmt. Die Ausgleichsräder 2 sind an einem Ausgleichsradträger 4 gelagert, der über eine an ihm ausgebildete Stirnverzahnung mit einem als Stirnrad ausgebildeten Abtriebsrad 5 auf einer Lastwelle L verbunden ist.
  • Die Lastwelle L ist über eine schaltbare Kupplung K und eine Gelenkwelle G mit einem Differentialgetriebe F der bei Kraftfahrzeugen üblichen Bauart verbunden, das zwei Räder R antreibt.
  • Das zweite Antriebsrad 3 ist mit einem als Stirnrad ausgebildeten Zwischenrad 6 starr verbunden r das mit einem Ritzel 7 auf der Welle einer Elektromaschine E kämmt. Die Elektromaschine E ist als Gleichstrom-Hauptschlußmaschine ausgebildet und, von einer Steuerung ST gesteuert, wahlweise als von einem Akkumulator A gespeister Elektromotor betreibbar oder als Generator, der den Akkumulator A auflädt.
  • Die Lastwelle L läßt sich mit einer auf ihr angeordneten Blockierbremse 8 stillsetzen. In entsprechender Weise lassen sich die Antriebsräder 3 und 1 mit je einer Blockierbremse 9 bzw. 10 stillsetzen, von denen die Blockierbremse 10 auf einer Welle 11 zwischen der Brennkraftmaschine und dem ersten Antriebsrad 1 angeordnet ist, während die Blockierbremse 9 auf einer das zweite Antriebsrad 3 mit dem Zwischenrad 6 verbindenden Welle 12 angeordnet ist. Die Steuerung ST steuert neben dem Betrieb der Elektromaschine E auch die Blockierbremsen 8,9 und 10.
  • Die nach Drehzahl und Drehmoment wenig elastische Brennkraftmaschine B und die hochelastische Elektromaschine E können gleichzeitig mit unterschiedlichen Drehzahlen Leistung an das Differentialgetriebe D abgeben. An der Lastwelle L steht die gesamte Leistung beider Maschinen mit einer Drehzahl zur Verfügung, die von der Drehzahl beider Maschinen abweichen kann. Die Brennkraftmaschine B läuft ständig mit einer im Hinblick auf Wirkungsgrad und Schadstoffemission günstigen Drehzahl, während der Betrieb der Lastwelle L und somit des von ihr angetriebenen Fahrzeugs auf elektrischem Wege von der Steuerung ST gesteuert wird, welche die'Elektromaschine E je nach Bedarf als zusätzlich fremderregten Hauptschlußmotor oder als Generator schaltet und den Betrieb der Elektromaschine E in beiden Drehrichtungen ermöglicht.
  • Im Zusammenwirken der Brennkraftmaschine B und der von der Steuerung ST gesteuerten Elektromaschine E und Blokkierbremsen 8,9 und 10 lassen sich folgende Betriebszustände herbeiführen: a) Antrieb der Lastwelle nur durch die Brennkraftmaschine, deren Leistungsüberschuß in der Batterie A gespeichert wird; b) Antrieb der Lastwelle durch die Brennkraftmaschine B und die Elektromaschine E, wobei letztere aus der Batterie A gespeist wird, um Lastspitzen zu decken; c) Antrieb der Lastwelle nur durch die Brennkraftmaschine, wobei die Elektromaschine E stillgesetzt und durch die Blockierbremse 9 im Stillstand gehalten ist, was als überwiegender Betriebszustand auf ebener, freier Fahrbahn vorgesehen ist; d) Antrieb der Lastwelle nur durch die Elektromaschine, wobei die Brennkraftmaschine B durch die Blockierbremse 10 stillgesetzt ist, was für Langsamfahrt, insbesondere im Stadtbetrieb zweckmäßig ist; e) Antrieb der Brennkraftmaschine B durch die Elektromaschine, die in diesem Fall als Anlasser für die Brennkraftmaschine B dient, wobei die Lastwelle L durch die Blockierbremse 8 stillgesetzt ist; f) Antrieb der Elektromaschine E durch die Brennkraftmaschine B, so daß deren volle Leistung zum Laden der Batterie A genutzt wird, vorzugsweise im Stillstand des Fahrzeugs, bei durch die Blockierbremse 8 stillgesetzter Lastwelle L g) Antrieb der Elektromaschine E durch die Lastwelle L für eine Fahrzeugnutzbremsung, wobei die Brennkraftmaschine stillgesetzt und durch die Blockierbremse 10 im Stillstand gehalten ist.

Claims (2)

  1. Patentansprüche 1. Xybridantrieb, insbesonderc für Kraftfahrzeuge, bei zum eine Brennkraftmaschine und eine fallweise als batteriegespeister Motor oder als Generator betreibbare Elektromaschine über je ein Antriebsrad mit einem Differentialgetriebe verbunden sind, das mindestens ein an einem Ausgleichsradträger gelagertes Ausgleichsrad aufweist und einer Lastwelle vorgeschaltet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß - die beiden Antriebsräder (1 und 3) über das mindestens eine Ausgleichsrad (2) des Differentialgetriebes (D) miteinander verbunden sind, - die Lastwelle (L) mit dem Ausgleichsradträger (4) verbunden ist, - und die beiden Antriebsräder (1 und 3) sowie die Lastwelle (L) unabhängig voneinander durch je eine Blockierbremse (10 bzw.9 bzw. 8) stillsetzbar sind.
  2. 2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lastwelle (L) durch eine schaltbare Kupplung (K) von der Last (Räder R) trennbar ist.
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