DE102009054613A1

DE102009054613A1 - Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009054613A1
Application number: DE102009054613A
Authority: DE
Inventors: Thomas Breitbach; Benedikt Breitbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-16
Also published as: WO2011072904A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brennkraftantrieb (4) und einem Hydraulikantrieb (5), der einen Hydraulikkreislauf (25) mit einer hydraulischen Maschine umfasst, und mit einem Abgastrakt (8), in dem mindestens eine Nutzturbine (9) angeordnet ist.
Um im Hydraulikkreislauf des Hybridantriebsstrangs im stationären Betrieb, insbesondere bei Langstreckenfahrten, einen ausreichenden Massenstrom und/oder Arbeitsdruck bereitzustellen, ist die Nutzturbine (9; 44) antriebsmäßig mit einer zusätzlichen hydraulischen Maschine verbunden, die an den Hydraulikkreislauf (25) des Hydraulikantriebs (5) angeschlossen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brennkraftantrieb und einem Hydraulikantrieb, der einen Hydraulikkreislauf mit einer hydraulischen Maschine umfasst, und mit einem Abgastrakt, in dem mindestens eine Nutzturbine angeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hybridantriebs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Hybridantriebsstrang.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, im Hydraulikkreislauf eines Hybridantriebsstrangs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im stationären Betrieb, insbesondere bei Langstreckenfahrten, einen ausreichenden Massenstrom und/oder Arbeitsdruck bereitzustellen.
Die Aufgabe ist bei einem Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brennkraftantrieb und einem Hydraulikantrieb, der einen Hydraulikkreislauf mit einer hydraulischen Maschine umfasst, und mit einem Abgastrakt, in dem mindestens eine Nutzturbine angeordnet ist, dadurch gelöst, dass die Nutzturbine antriebsmäßig mit einer zusätzlichen hydraulischen Maschine verbunden ist, die an den Hydraulikkreislauf des Hydraulikantriebs angeschlossen ist. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein Teil der bisher ungenutzten Abwärme des Abgases für die Nutzarbeit des Antriebsstrangs zurück gewonnen werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche hydraulische Maschine eine zusätzliche Hydraulikpumpe umfasst. Die hydraulische Maschine im Hydraulikkreislauf umfasst vorzugsweise eine Hydraulikpumpe, die mit einem Hydraulikmotor gekoppelt ist. Die Hydraulikpumpe und der Hydraulikmotor können auch in der hydraulischen Maschine kombiniert sein. Die zusätzliche Hydraulikpumpe ist durch die Nutzturbine angetrieben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Hydraulikpumpe über eine Getriebeeinrichtung antriebsmäßig mit der Nutzturbine verbunden ist. Über die Getriebeeinrichtung wird sichergestellt, dass sowohl die Nutzturbine als auch die zusätzliche Hydraulikpumpe in jeweils optimierten Drehzahlbereichen betrieben werden können.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Hydraulikpumpe über ein Füllventil an den Hydraulikkreislauf angeschlossen ist. Bei dem Füllventil handelt es sich zum Beispiel um ein 3/2-Wegeventil. In einer ersten Schaltstellung verbindet das Füllventil die zusätzliche Hydraulikpumpe zum Beispiel mit einem Hochdruckspeicher im Hydraulikkreislauf. In einer zweiten Schaltstellung verbindet das Füllventil den Hochdruckspeicher zum Beispiel mit der Hydraulikpumpe im Hydraulikkreislauf.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilaufventil parallel zu der zusätzlichen Hydraulikpumpe geschaltet ist. Über das Freilaufventil, das zum Beispiel als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist, kann ein Bypass realisiert werden, der die zusätzliche Hydraulikpumpe überbrückt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzturbine zu einem Turbolader im Abgastrakt gehört. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine bereits vorhandene Nutzturbine verwendet, um die zusätzliche Hydraulikpumpe anzutreiben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzturbine zusätzlich zu der Nutzturbine des Turboladers im Abgastrakt vorgesehen ist. Die zusätzliche Nutzturbine ist der Nutzturbine des Turboladers im Abgasstrom nachgeschaltet.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hybridantriebs ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, das die hydraulische Leistung der zusätzlichen Hydraulikpumpe verändert wird, um eine Ladedruckregelung für einen Verbrennungsdruck einer Brennkraftmaschine des Brennkraftantriebs durchzuführen. Das liefert den Vorteil, dass zum Beispiel ein Verstellmechanismus für Leitschaufeln eines Turboladers mit einer variablen Turbinengeometrie entfallen kann. Auf diese Weise lassen sich Strömungsverluste innerhalb des Turboladers verringern, lässt sich ein Teil der Kosten für die zusätzliche Hydraulikpumpe kompensieren und die Zuverlässlichkeit des Turboladers erhöhen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein beziehungsweise der Turbolader durch die zusätzliche Hydraulikpumpe abgebremst wird. Das liefert den Vorteil, dass der Turbolader zwar schnell, aber nicht abrupt abgebremst wird.
Die oben angegebene Aufgabe ist auch durch ein Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen Hybridantriebsstrang gelöst, der insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren betrieben wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 einen ähnlichen Hybridantrieb wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 und 2 ist ein Hybridantrieb 1; 61 eines Kraftfahrzeugs schematisch und teilweise in Form eines Hydraulikschaltplans gemäß zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Antriebsachse 2 mit zwei Antriebsrädern, die unter Zwischenschaltung eines Getriebes 3 durch einen Brennkraftantrieb 4 antreibbar sind. Die Antriebsachse 2 ist alternativ oder zusätzlich durch einen Hydraulikantrieb 5 antreibbar.
Der Brennkraftantrieb 4 umfasst eine Brennkraftmaschine 6 mit einem Abgastrakt 8, in dem ein Turbolader 10 angeordnet ist, der eine Nutzturbine 9 umfasst. Der Abgastrakt 8 umfasst eine Ladeluftzuführung mit einem Luftfilter 11, einem Temperatursensor 12, einem Drucksensor 13, einem Ladeluftkühler 14, einem Drosselventil 15, einem Volumenstromsensor 16, einem weiteren Temperatursensor 17 und einem weiteren Drucksensor 18.
Die Ladeluftzufuhr ist über einen weiteren Ladeluftkühler 19, der mit einem Bypass 20 versehen ist, mit einer Abgasabführung oder Abgasrückführung verbunden, in welcher die Nutzturbine 9 des Turboladers 10 angeordnet ist.
Der Hydraulikantrieb 5 umfasst einen Hydraulikkreislauf 25 mit einem Vorratsbehälter 26 für Hydraulikmedium. An den Vorratsbehälter 26 ist eine hydraulische Maschine angeschlossen, die einen Hydraulikmotor 27 und eine Hydraulikpumpe 28 umfasst. Der Hydraulikpumpe 28 ist ein Freilaufventil 30 nachgeschaltet, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist. Der Hydraulikmotor 27 und die Hydraulikpumpe 28 sind antriebsmäßig mit der Antriebsachse 2 verbunden.
Der Hydraulikkreislauf 25 umfasst des Weiteren einen Hochdruckspeicher 32 für das Hydraulikmedium. Ein weiteres Freilaufventil 34, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist, ist parallel zu dem Hydraulikmotor 27 geschaltet. Ein Motorventil 35 ist zwischen den Hydraulikmotor 27 und den Hochdruckspeicher 32 geschaltet. Ein Überdruckventil 36 ist zwischen den Vorratsbehälter 26 und den Hochdruckspeicher 32 geschaltet.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist ein Zusatzsystem 40; 70 zwischen den Abgastrakt 8 und den Hydraulikkreislauf 25 geschaltet. Das Zusatzsystem 40; 70 umfasst eine zusätzliche Hydraulikpumpe 41, die bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel unter Zwischenschaltung einer Getriebeeinrichtung 42 antriebsmäßig mit einer zusätzlichen Nutzturbine 44 verbunden ist. Die zusätzliche Nutzturbine 44 ist zwischen die Nutzturbine 9 des Turboladers 10 und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 46 geschaltet.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zusätzliche Hydraulikpumpe 41 über eine Getriebeeinrichtung 42 antriebsmäßig mit der Nutzturbine 9 des Turboladers 10 verbunden.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der Eingang der zusätzlichen Hydraulikpumpe 41 über eine Hydraulikleitung 51 an den Vorratsbehälter 26 des Hydraulikkreislaufs 25 angeschlossen. Der Ausgang der zusätzlichen Hydraulikpumpe 41 ist über eine Hydraulikleitung 52 an ein Füllventil 54 angeschlossen, das in dem Hydraulikkreislauf 25 zwischen das Freilaufventil 30 und den Hochdruckspeicher 32 geschaltet ist. Ein weiteres Freilaufventil 55, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist, ist in dem Zusatzsystem 40; 70 parallel zu der zusätzlichen Hydraulikpumpe 41 geschaltet.
Durch das erfindungsgemäße Zusatzsystem 40; 70 kann der nutzbare Anteil des Abgas-Wärmestroms gegenüber einer einfachen Aufladung der Brennkraftmaschine 6 erhöht werden. Um ein gutes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine 6 zu erreichen, wird die Auslegung des Turboladers 10 im Allgemeinen so durchgeführt, dass der Turbolader 10 bereits im Teillast-Bereich wirksam wird. Dies führt aber dazu, dass dann in höheren Lastbereichen ein Überschuss an Abwärme bereit steht, der letztlich an der Nutzturbine 9 vorbei geleitet werden muss, um eine Zerstörung des Turboladers 10 durch Überdrehzahl zu verhindern. In dem erfindungsgemäßen Zusatzsystem 40; 70 kann die Laderdrehzahl durch eine Erhöhung der Leistungsabnahme der zusätzlichen Hydraulikpumpe 41 begrenzt werden, so dass letztlich ein höherer Anteil der im Abgas enthaltenen Energie zurück gewonnen werden kann.
Im Gegensatz zum konventionellen Hybridantrieb arbeitet der Hybridantrieb 1; 61 auch im Stationärbetrieb. Dadurch verschiebt sich der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 6 zu niedrigeren Lasten, wodurch der Schadstoffausstoß verringert wird. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine läuft der Turbolader 10 aufgrund seines Trägheitsmoments noch eine Zeit lang weiter. In dem erfindungsgemäßen Zusatzsystem 40; 70 kann der Turbolader 10 durch die zusätzliche Hydraulikpumpe 41 schnell, aber nicht abrupt abgebremst werden. Dadurch können unerwünschte Lagerschäden am Turbolader 10 beim Abschalten der Brennkraftmaschine verhindert werden.
Darüber hinaus kann die Ladedruckregelung für den Verbrennungsdruck der Brennkraftmaschine 6, anstatt durch eine Veränderung des Massenstroms durch die Turbine, durch eine Veränderung der hydraulischen Leistung der zusätzlichen Hydraulikpumpe 41 durchgeführt werden. Das liefert den Vorteil, dass zum Beispiel ein Verstellmechanismus für Leitschaufeln einer Turbine mit einer variablen Turbinengeometrie entfallen kann. Dadurch können Strömungsverluste innerhalb des Turboladers 10 verringert und die Zuverlässigkeit des Turboladers erhöht werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Drehzahl-Anpassung des Turboladers 10 in dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 6 sehr schnell durch eine entsprechende Ansteuerung der zusätzlichen Hydraulikpumpe 41 durchgeführt werden kann. Dadurch können Schaltvorgänge in kürzerer Zeit durchgeführt werden.

Claims

Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brennkraftantrieb (4) und einem Hydraulikantrieb (5), der einen Hydraulikkreislauf (25) mit einer hydraulischen Maschine umfasst, und mit einem Abgastrakt (8), in dem mindestens eine Nutzturbine (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzturbine (9; 44) antriebsmäßig mit einer zusätzlichen hydraulischen Maschine verbunden ist, die an den Hydraulikkreislauf (25) des Hydraulikantriebs (5) angeschlossen ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche hydraulische Maschine eine zusätzliche Hydraulikpumpe (41) umfasst.
Hybridantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Hydraulikpumpe (41) über eine Getriebeeinrichtung (42) antriebsmäßig mit der Nutzturbine (9; 44) verbunden ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Hydraulikpumpe (41) über ein Füllventil (54) an den Hydraulikkreislauf (25) angeschlossen ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilaufventil (55) parallel zu der zusätzlichen Hydraulikpumpe (41) geschaltet ist.
Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzturbine (9) zu einem Turbolader (10) im Abgastrakt (8) gehört.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzturbine (44) zusätzlich zu einer Nutzturbine (9) eines Turboladers (10) im Abgastrakt (8) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Leistung der zusätzlichen Hydraulikpumpe (41) verändert wird, um eine Ladedruckregelung für einen Verbrennungsdruck einer Brennkraftmaschine (6) des Brennkraftantriebs (4) durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein beziehungsweise der Turbolader (10) durch die zusätzliche Hydraulikpumpe (41) abgebremst wird.
Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebsstrang (1; 61) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der insbesondere gemäß einem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 betrieben wird.