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DE102016007702A1 - Nutzfahrzeug mit einem Parallel-Hybrid-Antriebsstrang - Google Patents

Nutzfahrzeug mit einem Parallel-Hybrid-Antriebsstrang Download PDF

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DE102016007702A1
DE102016007702A1 DE102016007702.6A DE102016007702A DE102016007702A1 DE 102016007702 A1 DE102016007702 A1 DE 102016007702A1 DE 102016007702 A DE102016007702 A DE 102016007702A DE 102016007702 A1 DE102016007702 A1 DE 102016007702A1
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Germany
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combustion engine
internal combustion
electric machine
commercial vehicle
drive
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DE102016007702.6A
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English (en)
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Andreas Pappenheimer
Andreas SOMMERMANN
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit einem Parallel-Hybrid-Antriebsstrang, aufweisend eine Brennkraftmaschine (1), eine mit einer Antriebswelle (4) eines Fahrzeuggetriebes (3) verbundene, motorisch und generatorisch betreibare elektrische Maschine (2) und eine zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der elektrischen Maschine (2) angeordnete erste Kupplung (5), mittels derer die Brennkraftmaschine (1) antriebsmäßig von der elektrischen Maschine (3) und dem Fahrzeuggetriebe (3) entkoppelbar ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) zusammen mit der elektrischen Maschine (2) über das Fahrzeuggetriebe (3) antriebsmäßig mit mindestens einer Achse (8) verbindbar ist, wobei das Nutzfahrzeug wahlweise mindestens in einem rein verbrennungsmotorischen ersten Betriebsmodus und einem rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus antreibbar ist. Das Nutzfahrzeug umfasst ferner eine Steuereinrichtung (10), die zur Umschaltung zwischen den zumindest zwei Betriebsmodi ausgeführt ist, wobei die Steuereinrichtung (10) ausgeführt ist, im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus die erste Kupplung (5) zu öffnen, so dass ein Kurbeltrieb und ein Ventiltrieb der Brennkraftmaschine (1) nicht von der elektrischen Maschine (2) geschleppt werden. Das Nutzfahrzeug umfasst ferner eine erste Gruppe von Nebenaggregaten, die im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus mechanisch unabhängig von der Brennkraftmaschine (1) angetrieben sind und/oder elektrisch angetrieben sind, wobei die erste Gruppe von Nebenaggregaten einen Luftverdichter (11) und vorzugsweise eine Lenkhelfpumpe umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit einem Parallel-Hybrid-Antriebsstrang.
  • Aus dem Stand der Technik sind Parallel-Hybrid-Antriebsstränge von Nutzfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine, die zusammen mit einer elektrischen Maschine über ein Getriebe antriebsmäßig mit mindestens einer Achse verbindbar ist, bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2014 012 397 A1 eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, bei der die elektrische Maschine über einen Nebenabtriebsflansch der Brennkraftmaschine auf die Kurbelwelle wirkt, anstatt axial zur Kurbelwelle angeordnet zu sein. Dies bietet den Vorteil, dass eine bestehende Nebenabtriebsschnittstelle zum Anordnen der elektrischen Maschine genutzt werden kann, wodurch ein bestehender herkömmlicher Antriebsstrang auf einfache Weise „hybridisiert” werden kann und hierbei aufwändige Konfigurationsänderungen vermieden werden können. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist jedoch, dass zur Realisierung eines rein elektrischen Betriebsmodus (rein elektrisches Fahren) die elektrische Maschine nicht von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine trennbar ist, so dass der Kurbeltrieb und der Ventiltrieb der Brennkraftmaschine beim rein elektrischen Fahren mitgeschleppt werden. Dies führt zu einem hohen Strombedarf der elektrischen Maschine, da zusätzlich zum Fahrwiderstand das Schleppmoment der Brennkraftmaschine zu überwinden ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind ferner Ansätze bekannt, bei der die Rotor-Stator-Anordnung der elektrischen Maschine koaxial zur Kurbelwelle angeordnet ist und drehfest mit dieser in Verbindung steht. Ist bei dieser Antriebsstranganordnung die elektrische Maschine beim elektrischen Fahren nicht von dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine entkoppelbar, treten ebenfalls die vorgenannten hohen Schleppverluste auf.
  • Wird dagegen die elektrische Maschine beim rein elektrischen Fahren durch eine Kupplung von dem Kurbeltrieb getrennt, werden die über einen Rädertrieb oder Kurbeltrieb mechanisch von der Brennkraftmaschine angetriebenen Nebenaggregate jedoch nicht mehr angetrieben und stehen somit beim rein elektrischen Fahren nicht zur Verfügung. Ein Beispiel für derartige Nebenaggregate sind der Luftverdichter, auch als Luftpresser bezeichnet, zur Versorgung einer Druckluftanlage eines Nutzfahrzeugs oder eine Lenkhelfpumpe (Servopumpe), die üblicherweise am Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeugs angeordnet sind. Ein sicherer Fahrbetrieb eines Nutzfahrzeugs ist jedoch ohne den ordnungsgemäßen Betrieb eines Luftverdichters oder eine Lenkhelfpumpe nicht möglich.
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Nutzfahrzeug mit einem Parallel-Hybrid-Antriebsstrang bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, einen Parallel-Hybrid-Antriebsstrang bereitzustellen, mit dem ein rein elektrisches Fahren ermöglicht wird.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Nutzfahrzeug mit einem Parallel-Hybrid-Antriebsstrang mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Erfindungsgemäß wird ein Nutzfahrzeug mit einem Parallel-Hybrid-Antriebsstrang bereitgestellt. Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung weist der Parallel-Hybrid-Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine, ein Fahrzeuggetriebe und eine mit einer Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes verbundene, motorisch und generatorisch betreibbare elektrische Maschine auf, wobei die Brennkraftmaschine zusammen mit der elektrischen Maschine über das Fahrzeuggetriebe antriebsmäßig mit mindestens einer Achse verbindbar ist. Die Achse ist vorzugsweise eine Hinterachse des Nutzfahrzeugs. Der Parallel-Hybrid-Antriebsstrang weist ferner eine zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine angeordnete erste Kupplung auf. Die erste Kupplung kann eine schaltbare Reibkupplung oder eine Wandlerschaltkupplung sein oder eine Kombination hiervon.
  • Mittels der ersten Kupplung ist die Brennkraftmaschine antriebsmäßig von der elektrischen Maschine und dem Fahrzeuggetriebe entkoppelbar, so dass ein Kraftfluss zwischen elektrischer Maschine und dem Fahrzeuggetriebe ermöglicht wird, während gleichzeitig kein Kraftfluss zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine möglich ist.
  • Ferner ist das Nutzfahrzeug wahlweise mindestens in einem reinen verbrennungsmotorischen ersten Betriebsmodus und einem rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus (engl. Electric Motoring) antreibbar. Der zweite Betriebsmodus entspricht somit einem rein elektrischen Fahren, bei dem die Antriebsleistung nur durch die elektrische Maschine bereitgestellt wird.
  • Das Nutzfahrzeug umfasst ferner eine Steuereinrichtung, die zur Umschaltung zwischen den zumindest zwei Betriebsmodi ausgeführt ist. Hierbei ist die Steuereinrichtung ferner ausgeführt, im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus die erste Kupplung zu öffnen, so dass ein Kurbelbetrieb und ein Ventiltrieb der Brennkraftmaschine nicht von der elektrischen Maschine geschleppt werden, wenn diese einen Kraftfluss auf die Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes erzeugt.
  • Das Nutzfahrzeug umfasst ferner mindestens ein Nebenaggregat, vorzugsweise jedoch mehrere Nebenaggregate, die im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine antreibbar sind, d. h., dieses mindestens eine Nebenaggregat ist beim rein elektrischen Fahren antreibbar, ohne dass die Brennkraftmaschine von der elektrischen Maschine geschleppt werden muss und ohne dass ein befeuerter Betrieb der Brennkraftmaschine notwendig ist. Diese Nebenaggregate werden nachfolgend als erste Gruppe von Nebenaggregaten bezeichnet und stellen insbesondere Nebenaggregate dar, die für einen Fahrbetrieb unbedingt erforderlich sind. Beispiele derartiger Nebenaggregate sind der Luftverdichter (Luftpresser) einer Druckluftanlage des Nutzfahrzeugs und die Lenkhelfpumpe, die erfindungsgemäß beim rein elektrischen Fahren unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine antreibbar sind. Damit diese Nebenaggregate beim rein elektrischen Fahren unabhängig von dem Betrieb der Brennkraftmaschine antreibbar sind, können diese Nebenaggregate entweder elektrifiziert ausgeführt sein, d. h. elektrisch angetrieben sein, oder unabhängig von der Brennkraftmaschine mechanisch angetrieben sein, beispielsweise, indem sie mechanisch von der elektrischen Maschine angetrieben sind. Bei Antrieb der Nebenaggregate der ersten Gruppe durch eine mechanische Kopplung mit der elektrischen Maschine ist keine separate Elektrifizierung der Nebenaggregate erforderlich, so dass Nebenaggregate herkömmlicher Bauart verwendet werden können.
  • Das Nutzfahrzeug kann weitere Nebenaggregate umfassen, die nur mechanisch von der Brennkraftmaschine antreibbar sind. Derartige Nebenaggregate sind somit nicht Teil der ersten Gruppe von Nebenaggregaten.
  • Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugs liegt somit darin, dass der Parallel-Hybrid-Antriebsstrang auch ein zeitweises rein elektrisches Fahren und Rangieren ermöglicht, bei dem durch die erste Kupplung der Kurbeltrieb und der Ventiltrieb mechanisch von der elektrischen Maschine entkoppelbar sind, so dass diese beim rein elektrischen Fahren nicht mitgeschleppt werden und dadurch Schleppverluste vermieden werden. Gleichzeitig wird mindestens eine erste Gruppe von Nebenaggregaten bereitgestellt, die auch im rein elektromotorischen Betriebsmodus angetrieben werden und somit zur Verfügung stehen, ohne dass ein befeuerter Betrieb der Brennkraftmaschine notwendig ist und ohne dass die Brennkraftmaschine von der elektrischen Maschine mitgeschleppt wird. Diese erste Gruppe von Nebenaggregaten umfasst den Luftverdichter und vorzugsweise die Lenkhelfpumpe, so dass zumindest die Basisfunktionen für einen einen sicheren Fahrbetrieb zur Verfügung gestellt werden.
  • Es wird jedoch betont, dass es im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch möglich ist, beliebige weitere Nebenaggregate so auszuführen, dass sie auch beim rein elektrischen Verfahren unabhängig von der Brennkraftmaschine angetrieben werden können und/oder elektrisch angetrieben sind. Dadurch können weitere Fahrzeugfunktionen zur Erhöhung des Komforts und/oder der Sicherheit oder Hilfsaggregate zum Betrieb des Fahrzeugs und dessen Aufbaus (z. B. Hydraulikpumpen) auch während des rein elektrischen Fahrens zur Verfügung gestellt werden.
  • Durch den rein elektrischen Betrieb ist somit insbesondere die Zufahrt zu emissionsfreien Zonen, beispielsweise Lagerhallen der Nahrungsmittelindustrie, für das Nutzfahrzeug möglich. Ebenso ermöglicht wird eine verringerte Auskühlung der Abgasnachbehandlung im Leerlauf- bzw. Schwachlastbetrieb sowie eine Verbrauchseinsparung durch kürzere Aktivierung des Heizbetriebs.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann zwischen der elektrischen Maschine und dem Fahrzeuggetriebe eine zweite Kupplung angeordnet sein, mittels derer die elektrische Maschine antriebsmäßig von dem Fahrzeuggetriebe entkoppelbar ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgeführt, zum Starten der Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine die zweite Kupplung zu öffnen, um einen Kraftfluss von der elektrischen Maschine zum Fahrzeuggetriebe zu unterbrechen. Gemäß dieser Ausführungsform kann die elektrische Maschine somit als integrierter Startergenerator fungieren, mittels dessen die Brennkraftmaschine gestartet werden kann, so dass auf einen separaten herkömmlichen Starter verzichtet werden kann. Bei einem derartigen Startvorgang ist natürlich die erste Kupplung beim Startvorgang geschlossen, so dass ein Kraftfluss zwischen elektrischer Maschine und der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Gemäß dieser Ausführungsform kann somit sowohl eine Kurbelstartergeneratorfunktion als auch ein rein elektrischer Fahrbetrieb bereitgestellt werden. Die zweite Kupplung kann als eine zwischen der Elektromaschine und dem Fahrzeuggetriebe angeordnete schaltbare Reibkupplung ausgebildet sein. Die zweite Kupplung kann auch als Wandlerschaltkupplung ausgeführt sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante dieser Ausgestaltungsform ist der Luftverdichter mechanisch von der elektrischen Maschine antreibbar. Eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Realisierung sieht hierbei vor, dass der Luftpresser beispielsweise in herkömmlicher Weise am Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet ist und einerseits über einen Rädertrieb und/oder Kurbeltrieb mechanisch von der Brennkraftmaschine antreibbar ist. So kann der Luftverdichter beispielsweise während eines verbrennungsmotorischen Betriebs des Fahrzeugs in herkömmlicher Weise von der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Ferner kann der Luftverdichter zusätzlich so ausgeführt sein, dass eine Antriebswelle des Luftverdichters beim rein elektrischen Fahren von der elektrischen Maschine antreibbar ist. Auf diese Weise kann ein herkömmlicher Luftpresser durch geringe konstruktive Anpassungen so ausgeführt werden, dass er auch beim rein elektrischen Fahren angetrieben wird, wenn der mechanische Antrieb über die Brennkraftmaschine nicht zur Verfügung steht.
  • Alternativ kann der Luftverdichter auch elektrifiziert ausgeführt sein, d. h., der Luftverdichter ist elektrisch angetrieben. Entsprechend analog können die Lenkhelfpumpe und ggf. weitere Nebenaggregate der ersten Gruppe von Nebenaggregaten unabhängig von der Brennkraftmaschine elektrisch angetrieben oder mechanisch von der elektrischen Maschine angetrieben sein, um diese so beim rein elektrischen Fahren antreiben zu können.
  • Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Maschine auch mit dem Fahrzeuggetriebe permanent drehfest verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform sind die Nebenaggregate der ersten Gruppe elektrififziert ausgeführt, um auch bei geringen Drehzahlen des Getriebes eine ausreichende Antriebsleistung für die Nebenaggregate bereitstellen zu können.
  • Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass es im Rahmen der Erfindung auch möglich ist, dass das Nutzfahrzeug neben dem Luftverdichter und der Lenkhelfpumpe weitere Nebenaggregate aufweist, die auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine angetrieben werden können.
  • Beispielsweise kann das Nutzfahrzeug eine zweite Gruppe von Nebenaggregaten aufweisen, umfassend eine Lichtmaschine, die im Bereich einer der Fahrzeugfrontseite zugewandten Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Diese Nebenaggregate sind vorzugsweise über einen Riementrieb von der Brennkraftmaschine mechanisch antreibbar.
  • Eine derartige Anordnung von Nebenaggregaten ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele derartiger Nebenaggregate sind neben der Lichtmaschine eine Wasserpumpe oder ein Kältemittelkompressor. Zur Erhöhung des Fahrzeugkomforts und/oder der Fahrzeugsicherheit können auch diese Nebenaggregate so ausgeführt sein, dass sie im zweiten Betriebsmodus, d. h. bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine, antreibbar sind.
  • Eine erste Variante sieht hierbei vor, dass ein oder mehrere Nebenaggregate dieser Gruppe elektrifiziert ausgeführt sind oder zumindest zusätzlich elektrisch antreibbar sind. Bei dieser Variante ist es möglich, aber nicht erforderlich, dass diese Nebenaggregate zusätzlich über einen Riementrieb von der Brennkraftmaschine mechanisch antreibbar sind. Unter dem Begriff „zusätzlich elektrisch antreibbar” soll verstanden werden, dass sie wahlweise bei befeuertem Betrieb der Brennkraftmaschine von dieser mechanisch angetrieben werden und, falls kein befeuerter Betrieb der Brennkraftmaschine stattfindet, diese Nebenaggregate elektrisch antreibbar sind.
  • Eine zweite Variante sieht ferner vor, dass die Lichtmaschine nicht nur generatorisch, sondern auch motorisch betreibbar ist und dass die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus die Nebenaggregate der zweiten Gruppe durch einen motorischen Betrieb der Lichtmaschine anzutreiben. Die Antriebsleistung der Lichtmaschine im motorischen Betrieb wird über den bestehenden Riementrieb auf die anderen Nebenaggregate übertragen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass ein Freilauf am brennkraftqmaschinenseitigen Treibrad des Riementriebs vorgesehen ist, um zu verhindern, dass der Kurbeltrieb und der Ventiltrieb mitgeschleppt werden.
  • Gemäß einer weiteren Variante kann ein alternativer Antrieb der Nebenaggregate der zweiten Gruppe dadurch realisiert werden, dass eine Zusatzwelle vorgesehen ist, die von der elektrischen Maschine im zweiten Betriebsmodus antreibbar ist und hierbei in Antriebsverbindung mit dem Riementrieb der zweiten Gruppe von Nebenaggregaten steht. Hierbei ist die Steuereinrichtung ausgebildet, im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus die Zusatzwelle in Wirkverbindung mit der elektrischen Maschine zu bringen, so dass die Zusatzwelle von der elektrischen Maschine angetrieben wird und auf diese Weise die Nebenaggregate der zweiten Gruppe antreibt.
  • Beispielsweise kann die Zusatzwelle seitlich außerhalb am Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet sein bzw. verlaufen und so die elektrische Maschine antriebsmäßig mit dem vorderen Riementrieb koppeln. Eine alternative Möglichkeit der Realisierung der Zusatzwelle sieht vor, dass diese als innere Welle einer als Hohlwelle ausgeführten Kurbelwelle ausgeführt ist.
  • In analoger Weise können auch eine oder mehrere Nebenaggregate, die sich am hinteren Endbereich der Brennkraftmaschine befinden, entweder elektrifiziert ausgeführt sein oder über die Zusatzwelle angetrieben werden. Unter dem hinteren Endbereich der Brennkraftmaschine wird die getriebeseitige Stirnseite der Brennkraftmaschine verstanden.
  • Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:
  • 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Parallel-Hybrid-Antriebsstrangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Der Parallel-Hybrid-Antriebsstrang 100 umfasst eine Brennkraftmaschine 1, hier eine Dieselbrennkraftmaschine eines Nutzfahrzeugs. Der Parallel-Hybrid-Antriebsstrang 100 umfasst ferner eine mit einer Antriebswelle 4 eines Fahrzeuggetriebes 3 verbundene motorisch und generatorisch betreibbare elektrische Maschine 2. Das Fahrzeuggetriebe 3 stellt das Hauptgetriebe bzw. Schaltgetriebe des Nutzfahrzeugs dar. Die Brennkraftmaschine 1 ist zusammen mit der elektrischen Maschine 2 über das Getriebe 3 antriebsmäßig mit einer angetriebenen Hinterachse 8 des Nutzfahrzeugs verbindbar. Das Fahrzeuggetriebe 3 ist hierbei ausgangsseitig über eine Gelenkwelle 7, z. B. eine Kardanwelle, mit einem Achsdifferential der angetriebenen Hinterachse 8 verbunden.
  • Wie in 1 erkennbar ist, umfasst der Parallel-Hybrid-Antriebsstrang 100 ferner eine zwischen der Brennkraftmaschine 1 und der elektrischen Maschine 2 angeordnete Kupplung 5, mittels derer die Brennkraftmaschine 1 antriebsmäßig von der elektrischen Maschine 2 und dem Fahrzeuggetriebe 3 entkoppelbar ist. Ist die Kupplung 5 geschlossen, ist ein Kraftfluss zwischen elektrischer Maschine 2 und der Brennkraftmaschine 1 möglich, so dass diese beispielsweise zusammen über die Antriebswelle 4 auf das Getriebe 3 wirken können.
  • Die in 1 gezeigte Ausführungsvariante umfasst ferner eine zweite Kupplung 6, die zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Fahrzeuggetriebe 3 angeordnet ist. Mittels dieser Kupplung 6 ist der Kraftfluss zwischen elektrischer Maschine 2 und dem Getriebe 3 bei Bedarf unterbrechbar, z. B. wenn die elektrische Maschine 2 als Startergenerator zum Starten der Brennkraftmaschine 1 genutzt wird.
  • Ferner ist ein elektrischer Energiespeicher 9 zur Versorgung der elektrischen Maschine 2 vorgesehen. Im elektromotorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 stellt der Energiespeicher 9 elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Maschine 2 bereit. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 kann die von der elektrischen Maschine 2 erzeugte Energie im Energiespeicher 9 gespeichert werden. Der Parallel-Hybrid-Antriebsstrang kann auch als Plug-in-Hybrid-Variante ausgeführt sein, bei der der Energiespeicher 9 über eine externe Ladeschnittstelle aufgeladen werden kann.
  • In einem rein verbrennungsmotorischen Betrieb wird die Hinterachse 8 nur von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben. In diesem Betriebsmodus sind beide Kupplungen 5 und 6 geschlossen. Bei einem rein elektromotorischen Betrieb wird die Hinterachse 8 dagegen nur von der elektrischen Maschine 2 angetrieben, wobei die Kupplung 5 geöffnet und die Kupplung 6 geschlossen ist. Dadurch wird im rein elektromotorischen Betrieb nur ein Kraftfluss von der elektrischen Maschine 2 zum Fahrzeuggetriebe 3 und auf die Achse 8 ermöglicht, jedoch kein Kraftfluss von der elektrischen Maschine 2 zur Brennkraftmaschine 1, so dass der Kurbeltrieb und Ventiltrieb der Brennkraftmaschine 1 nicht mitgeschleppt werden und so Schleppverluste vermieden werden. Ferner sind die an sich bekannten Mischformen möglich. Beispielsweise ein sog. Boost-Betrieb, bei dem die elektrische Maschine 2 zusammen mit der Brennkraftmaschine auf die angetriebene Achse 8 wirkt, so dass sich deren Antriebsdrehmomente addieren. Ein anderes Beispiel ist ein sog. Betrieb mit Lastpunktanhebung, bei dem der Verbrennungsmotor sowohl die Leistung zur vollständigen Erfüllung des positiven Fahrerwunschmomentes wie auch zum gleichzeitigen Laden eines entleerten Transmissionsenergiespeichers bereitstellt. Hierbei wird die elektrische Maschine generatorisch betrieben.
  • Im Bereich des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 sind in an sich bekannter Weise mehrere Nebenaggregate angeordnet, von denen in 1 zur Vereinfachung der Darstellung und zur Hervorhebung des Grundgedankens der Erfindung nur ein Nebenaggregat 11 beispielhaft dargestellt ist. Das Nebenaggregat 11 soll hier beispielsweise der Luftverdichter sein, der eine Druckluftanlage des Nutzfahrzeugs mit Druckluft versorgt. Weitere Nebenaggregate (nicht dargestellt) sind im Bereich der vorderen Stirnseite 1a des Kurbelgehäuses angeordnet, beispielsweise die Lichtmaschine, eine Wasserpumpe, ein Kältemittelkompressor und ein Lüfter.
  • Ferner ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die zum Management der verschiedenen Betriebsmodi des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Betriebsmodi umfassen einen rein verbrennungsmotorischen Betriebsmodus und einen rein elektromotorischen Betriebsmodus. Die Steuereinrichtung 10 kann hierbei als separates Steuergerät ausgeführt sein oder vorzugsweise eine funktionale Einheit darstellen, die Teil einer zentralen Motorsteuereinrichtung ist.
  • Die Steuereinrichtung 10 ist zur Umschaltung zwischen den zumindest zwei Betriebsmodi ausgeführt. Hierbei ist die Steuereinrichtung insbesondere ausgeführt, im rein elektromotorischen Betriebsmodus die Kupplung 5 zu öffnen, so dass ein Kurbeltrieb und ein Ventiltrieb (jeweils nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 nicht von der elektrischen Maschine 2 geschleppt werden. Gleichzeitig sind jedoch mehrere für den Betrieb des Fahrzeugs notwendige Nebenaggregate so ausgeführt, dass sie auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine, d. h. im nicht befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine 1, angetrieben werden können.
  • In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Luftverdichter 11 einerseits über einen hinteren Rädertrieb (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 in herkömmlicher Weise antreibbar. Ferner ist der Luftpresser jedoch zusätzlich antriebsmäßig mit der elektrischen Maschine 2 koppelbar. Hierzu weist der Luftverdichter eine Antriebswelle 12a auf, die an ihrem freien Ende ein Zahnrad 12b aufweist, das während eines rein elektrischen Betriebsmodus des Nutzfahrzeugs mit der sich drehenden Kupplungshälfte 5a der geöffneten Kupplung 5 in Eingriff bringbar ist, so dass beim rein elektrischen Fahren der Luftverdichter 11 in Antriebsverbindung mit der elektrischen Maschine 2 steht.
  • Auf diese Weise wird der Luftverdichter 11 auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine 1 angetrieben und kann so auch beim rein elektrischen Verfahren die Funktion der Druckluftbremse sicherstellen.
  • Gemäß einer weitere Ausführungsvariante kann das Nebenaggregat, z. B. der Luftpresser, in herkömmlicher Weise am Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine montiert sein, jedoch antriebsmäßig ausschließlich und ständig über die drehende Kupplungshälfte 5a angetrieben werden.
  • Die Auswahl der Betriebsart eines rein elektrischen Fahrens (rein elektromotorischer Betriebsmodus) kann durch den Fahrer oder auch automatisch durch das Fahrzeugenergiemanagement erfolgen. Wird der rein elektromotorische Betriebsmodus ausgewählt, steuert die Steuereinrichtung 10 über die Signalleitungen 13 die verschiedenen Komponenten des Parallel-Hybrid-Antriebsstrangs entsprechend an, derart, dass die Brennkraftmaschine 1 den befeuerten Betrieb einstellt und dass die elektrische Maschine 2 einen elektromotorischen Betrieb startet, wobei die Kupplung 5 geöffnet wird, und dass das Zahnrad 12b mit der Kupplungshälfte 5a in Eingriff gebracht wird. Die Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und Zugkraft sind durch die Getriebestufe des Fahrzeuggetriebes 3 entsprechend zweckmäßig wählbar.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    1a
    Stirnseite der Brennkraftmaschine
    2
    Elektrische Maschine
    3
    Fahrzeuggetriebe
    4
    Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes
    5
    Erste Kupplung
    5a
    Kupplungshälfte
    6
    Zweie Kupplung
    7
    Antriebswelle, z. B. Kardanwelle
    8
    Angetriebene Achse, z. B. Hinterachse
    9
    Elektrische Energiespeicher
    10
    Steuereinrichtung
    11
    Luftverdichter
    12a
    Antriebswelle des Luftverdichters
    12b
    Zahnrad
    13
    Signalleitungen
    100
    Parallel-Hybrid-Antriebsstrang
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014012397 A1 [0002]

Claims (9)

  1. Nutzfahrzeug, umfassend a) einen Parallel-Hybrid-Antriebsstrang, aufweisend – eine Brennkraftmaschine (1), – eine mit einer Antriebswelle (4) eines Fahrzeuggetriebes (3) verbundene, motorisch und generatorisch betreibbare elektrische Maschine (2) und – eine zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der elektrischen Maschine (2) angeordnete erste Kupplung (5), mittels derer die Brennkraftmaschine (1) antriebsmäßig von der elektrischen Maschine (3) und dem Fahrzeuggetriebe (3) entkoppelbar ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) zusammen mit der elektrischen Maschine (2) über das Fahrzeuggetriebe (3) antriebsmäßig mit mindestens einer Achse (8) verbindbar ist, wobei das Nutzfahrzeug wahlweise mindestens in einem rein verbrennungsmotorischen ersten Betriebsmodus und einem rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus antreibbar ist; b) eine Steuereinrichtung (10), die zur Umschaltung zwischen den zumindest zwei Betriebsmodi ausgeführt ist, wobei die Steuereinrichtung (10) ausgeführt ist, im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus die erste Kupplung (5) zu öffnen, so dass ein Kurbeltrieb und ein Ventiltrieb der Brennkraftmaschine nicht von der elektrischen Maschine (2) geschleppt werden; und c) eine erste Gruppe von Nebenaggregaten, die im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus mechanisch unabhängig von der Brennkraftmaschine angetrieben sind und/oder elektrisch angetrieben sind, wobei die erste Gruppe von Nebenaggregaten einen Luftverdichter und vorzugsweise eine Lenkhelfpumpe (11) umfasst.
  2. Nutzfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass zwischen der elektrischen Maschine (2) und dem Fahrzeuggetriebe (3) eine zweite Kupplung (6) angeordnet ist, mittels derer die elektrische Maschine (2) antriebsmäßig von dem Fahrzeuggetriebe (3) entkoppelbar ist; und b) dass die Steuereinrichtung (10) ausgeführt ist, zum Starten der Brennkraftmaschine (1) durch die elektrische Maschine (2) die zweite Kupplung (6) zu öffnen, um einen Kraftfluss von der elektrischen Maschine (2) zum Fahrzeuggetriebe (3) zu unterbrechen.
  3. Nutzfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von Nebenaggregaten mechanisch von der elektrischen Maschine antreibbar (2) ist.
  4. Nutzfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die elektrische Maschine mit dem Fahrzeuggetriebe permanent drehfest verbunden ist; und b) dass die erste Gruppe von Nebenaggregaten elektrifiziert ausgeführt ist.
  5. Nutzfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Gruppe von Nebenaggregaten, umfassend eine Lichtmaschine, die im Bereich einer der Fahrzeugfrontseite zugewandten Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet und über einen Riementrieb und/oder Rädertrieb von der Brennkraftmaschine antreibbar sind.
  6. Nutzfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Nebenaggregat der zweiten Gruppe zusätzlich elektrisch antreibbar ist.
  7. Nutzfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Lichtmaschine auch motorisch betreibbar ist; und b) dass der Riementrieb einen Freilauf am Treibrad aufweist; und c) dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus die Nebenaggregate der zweiten Gruppe durch einen motorischen Betrieb der Lichtmaschine anzutreiben.
  8. Nutzfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass eine Zusatzwelle vorgesehen ist, die von der elektrischen Maschine antreibbar ist und in Antriebsverbindung mit dem Riementrieb und/oder Rädertrieb der zweiten Gruppe von Nebenaggregaten steht und/oder bringbar ist, b) dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, im rein elektromotorischen zweiten Betriebsmodus die Zusatzwelle zum Antrieb der Nebenaggregate der zweiten Gruppe anzutreiben.
  9. Nutzfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzwelle a) seitlich außerhalb am Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet ist; oder b) als innere Welle einer als Hohlwelle ausgeführten Kurbelwelle ausgeführt ist.
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