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Die
Erfindung betrifft einen Antrieb für Nebenaggregate einer
Brennkraftmaschine sowie ein Betriebsverfahren für einen
Nebenaggregateantrieb.
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Antriebe
für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe
sowie einer ersten und einer zweiten E-Maschine sind aus der
EP 1 066 168 B1 ,
der
EP 1 801 386 A1 sowie
der
WO 2005/119
023 A1 bekannt, wobei aus der
WO 2005/119 023 A1 insbesondere
bekannt ist, eine erste und eine zweite E-Maschine im Innern eines
Gehäuses anzuordnen, welches als Riemenscheibe ausgebildet
ist.
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Die
bekannten Antriebe sind in ihrem Aufbau sehr aufwändig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Kraftstoffverbrauch einer
Brennkraftmaschine, an die Nebenaggregate angeschlossen sind, mit
einfachem Mitteln zu reduzieren.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
einen Antrieb und ein Betriebsverfahren mit dem Merkmal der Ansprüche
1 bzw. 5.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem Antrieb für Nebenaggregate einer
Brennkraftmaschine mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe sowie
einer ersten und einer zweiten E-Maschine vorgesehen, dass die zweite
E-Maschine einen Trieb mit der ersten E-Maschine mechanisch verbunden
ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es einerseits, das Leistungsverzweigungsgetriebe
einfach auszubilden, und andererseits, auf Standardkomponenten zurückzugreifen,
wodurch sich mit einfachen Mitteln der Kraftstoffverbrauch einer
Brennmaschine, an die Nebenaggregate angeschlossen sind, reduzieren
lässt. Dabei ist vorteilhaft, dass bei der Gestaltung der
einzelnen Komponenten diese einzeln optimierbar sind, ohne in der
Gestaltung durch eine Vielzahl von Randbedingungen eingeschränkt
zu sein.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Leistungsverzweigungsgetriebe eine Eingangswelle sowie einen ersten
und einen zweiten Abtrieb aufweist, wobei die Eingangswelle mit
einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine koppelbar ist, und wobei
der erste Abtrieb mit einer ersten E-Maschine gekoppelt ist, wobei
ferner ein mit dem ersten Abtrieb gekoppeltes Abtriebsrad den Trieb
für die Nebenaggregate antreibt, wobei schließlich
eine zweite E-Maschine, die mit dem zweiten Abtrieb gekoppelt ist,
mit der ersten E-Maschine mechanisch und über eine Steuerung
elektrisch verbunden ist. Eine solche Ausgestaltung fördert
einen einfachen Aufbau des Antriebs.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der erste Abtrieb mit einem Abtriebsrad als Riemenscheibe und
der Trieb mindestens abschnittsweise als Riementrieb ausgebildet
ist. Dadurch ist es besonders einfach möglich, auf Standardkomponenten
zurückzugreifen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerung
mit einem Verbrauchernetz, insbesondere mit einer Akkumulatorladeeinrichtung
verbunden, wobei die Steuerung vorzugsweise eine Lastaufteilungseinrichtung
aufweist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Lastaufteilungseinrichtung derart ausgelegt ist, dass ein
der ersten E-Maschine aufzugebender erster Lastanteil und ein der
zweiten E-Maschine aufzugebender zweiter Lastanteil unter Berücksichtigung
der Drehzahl der Eingangswelle und einer Zieldrehzahl des ersten
Abtriebes bestimmt werden.
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Die
Vorteile der Erfindung zeigen sich in gleicher Weise bei einem Betriebsverfahren
für einen Nebenaggregateantrieb, bei dem ein von einer
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine abgezweigtes Drehmoment Nebenaggregaten
einer Brennkraftmaschine über einen Triebzugeführt
wird, wobei eine Drehzahlvorgabe des Triebes erfolgt, wenn die Drehzahlvorgabe
unter Berücksichtigung des Gesamtwirkungsgrades erfolgt.
Daher wird auch für ein solches Betriebsverfahren und dessen
besonders bevorzugte Ausgestaltungen selbstständig Schutz
beansprucht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Antriebs für
Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine, und
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2 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebsverfahrens.
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Die
in 1 gezeigte besonders bevorzugte Ausführungsform
eines Antriebs 100 für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine,
der nachfolgend auch als Nebenaggregateantrieb 100 bezeichnet wird,
weist ein als Planetengetriebe 102 ausgebildetes Leistungsverzweigungsgetriebe 104 auf,
welches über eine Eingangswelle 106 an eine Kurbelwelle 108 einer
Brennkraftmaschine kuppelbar ist.
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Eine
zweite Ausgangswelle 110 des Planetengetriebes 102 ist
mit einer zweiten E-Maschine 112 gekoppelt, wobei die zweite
Ausgangswelle 110 ein Sonnenrad 114 des Planetengetriebes 102 trägt. Mit
dem Sonnenrad 114 kämmen Planetenräder 116, die
ihrerseits auf einem Planetenträger 118 gelagert sind,
der mit der Eingangswelle 106 verdrehfest verbunden ist.
Die Planetenräder 116 kämmen mit einem
Hohlrad 120, welches einstückig mit einem Gehäuse 122 des
Planentengetriebes 102 ausgebildet ist, wobei das Gehäuse 122 als
Riemenscheibe 124 ausgebildet ist und ein Abtriebsrad 126 des
Leistungsverzweigungsgetriebes 104 darstellt.
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Über
einen Riemen 128 sind verschiedene Nebenaggregate 128 mit
dem Leistungsverzweigungsgetriebe 104 verbunden, wobei
diese Nebenaggregate in der gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform
ein Klimakompressor 132, eine Kühlmittelpumpe 134 und
eine Lenkhilfpumpe 136 sind. Ferner kann als Nebenaggregat
ein Supercharger und eine Wasserpumpe vorgesehen sein. Über den
Riemen 128 ist ferner eine erste E-Maschine 138 mit
dem Leistungsverzweigungsgetriebe 104 verbunden. Die erste
E-Maschine 138 ist ein separates, mit einem eigenen Gehäuse
ausgebildetes Bauteil. Sie weist zur mechanischen Ankopplung an
den Riemen 128 eine Riemenscheibe auf. In einer weiteren
Ausgestaltung kann die erste E-Maschine auch direkt mit dem Hohlrad 120 des
Planetengetriebes 102 drehfest verbunden und darüber
hinaus sogar im Gehäuse des Planetengetriebes untergebracht
sein.
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Wie
zuvor beschrieben sind die zweite E-Maschine 112 und die
erste E-Maschine 138 über das Planetengetriebe 102 mechanisch
miteinander verbunden. Eine elektrische Verbindung der zweiten E-Maschine 112 und
der ersten E-Maschine 138 erfolgt mittels elektrischer
Anschlussleitungen 142, 144 über eine
Steuerung 146, wobei diese Steuerung 146 eine
Lastaufteilungseinrichtung 148 aufweist. Die Lastaufteilungseinrichtung 148 ist
mit einem Verbrauchernetz 150 verbunden, wobei dieses Verbrauchernetz 150 neben
elektrischen Verbrauchern eines Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt)
insbesondere eine Akkumulatorladeeinrichtung 152 aufweist.
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Der
zuvor beschriebene Antrieb 100 wird vorzugsweise in einem
Betriebsverfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung
betrieben, bei dem ein von der Kurbelwelle 108 der Brennkraftmaschine
abgezweigtes Drehmoment Nebenaggregaten 130 der Brennkraftmaschine über
den Trieb 140 zugeführt wird, wobei eine Drehzahlvorgabe
des Triebs unter Berücksichtung des Gesamtwirkungsgrades
erfolgt.
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Das
Betriebsverfahren ist in 2 erläutert, wobei
in fünf Abschnitten A, B, C, D und E die an einzelnen Komponenten
des Antriebs 100 umgesetzten Leistungen im Verhältnis
zueinander gezeigt sind. Verluste werden der Einfachheit halber
vernachlässigt. In der rechten Spalte ist dabei jeweils
die Drehzahl der Eingangswelle 106 gezeigt, und in der
linken Spalte ist die Drehzahl des Abtriebsrades 126 gezeigt,
welche in den Abschnitten A bis D konstant einen angenommenen Sollwert
von 1333 U/min beträgt, obwohl die Drehzahl der ersten
Eingangswelle 106 1000 U/min, 1500 U/min, 2000 U/min bzw.
4000 U/min beträgt.
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In 2 ist
durch die Abschnitte A bis D gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen
Antrieb die Drehzahl des Abtriebsrades 126 konstant gehalten werden
kann. In den Abschnitten A bis C ist gezeigt, dass die von den beiden
E-Maschinen 112, 138 aufgenommene Leistung dem
Bordnetz zur Verfügung gestellt werden kann, wodurch der
Gesamtwirkungsgrad hoch ist.
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Abschnitt
D zeigt, dass es bei einer Drehzahl der Kurbelwelle 108 von
4000 U/min erforderlich wäre, von der ersten E-Maschine 112 500
Watt auf die zweite E-Maschine 138 zu übertragen.
Eine solche Leistungsübertragung wäre allerdings
eine mit Verlusten behaftete Umlaufleistung, sodass gemäß dem erfindungsgemäßen
Betriebsverfahren vorgesehen ist, eine Drehzahlerhöhung
zuzulassen, um die elektrische Umlaufleistung zu reduzieren. Bei
einer Drehzahl von 2666 U/min im Trieb 140 wäre – wie
in Abschnitt E gezeigt – die elektrische Umlaufleistung
0 Watt. Dies würde jedoch durch eine sehr hohe Drehzahl
im Trieb 140 erkauft, sodass gemäß der
Erfindung insbesondere ein optimaler Zwischenwert zwischen den beiden
Zuständen in Abschnitt D und E gewählt wird.
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Kurz
zusammengefasst kann insbesondere zu der besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung folgendes gesagt werden:
Durch eine Speisung
des Bordnetzbedarfs aus beiden E-Maschinen 112, 138 wird
die Riemendrehzahl mittels Nutzleistungen geregelt. Die elektrische
Nutzleistungserbringung wird gemäß der Regelungsanforderung
des Planetengetriebes anteilig auf die beiden E-Maschinen verteilt.
Reine Steuerströme für die E-Maschinen sind nicht
notwendig. Die zweite E-Maschine 112 ist stets geschleppt.
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Mit
der besonders bevorzugten Ausführungsform ist es insbesondere
möglich, die Nebenaggregate stets im insgesamt betrachteten
Wirkungsgradoptimum mit überwiegend mechanischer Antriebsenergie
zu betreiben und dadurch Kraftstoff einzusparen. Auch ein Betriebszustand „stehender Riemen"
ist möglich. Ferner ist ein Betriebszustand „laufender
Riemen bei stehendem Motor" möglich, wodurch bei einer
Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-Betriebsart eine Aufrechterhaltung
der Klimatisierung und Heizung möglich ist. Bei stehender
Brennkraftmaschine ist es auch möglich, die weiteren Nebenaggregate,
nämlich die Lenkhilfpumpe 136 und die Kühlmittelpumpe 138 weiter
zu betreiben, was ein so genanntes „Segeln" ermöglicht.
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Auch
kann über die vorteilhafte Kombination von Leistungsverteilungsgetriebe
mit zwei E-Maschinen der Verbrennungsmotor im Start-Stopp-Betrieb komfortabel
gestartet werden.
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- 100
- Antrieb
- 102
- Planetengetriebe
- 104
- Leistungsverzweigungsgetriebe
- 106
- Eingangwelle
- 108
- Kurbelwelle
- 110
- zweiter
Abtrieb
- 112
- zweite
E-Maschine
- 114
- Sonnenrad
- 116
- Planetenräder
- 118
- Planententräger
- 120
- Hohlrad
- 122
- Gehäuse
- 124
- Riemenscheibe
- 126
- Abtriebsrad
- 128
- Riemen
- 130
- Nebenaggregate
- 132
- Klimakompressor
- 134
- Kühlmittelpumpe
- 136
- Lenkhilfpumpe
- 138
- erste
E-Maschine
- 140
- Trieb
- 142
- elektrische
Anschlussleitung
- 144
- elektrische
Anschlussleitung
- 146
- Steuerung
- 148
- Lastaufteilungseinrichtung
- 150
- Verbrauchernetz
- 152
- Akkumulatorladeeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1066168
B1 [0002]
- - EP 1801386 A1 [0002]
- - WO 2005/119023 A1 [0002, 0002]