DE102014107240A1 - Hydrostatische Hybridantriebseinrichtung für einen hybriden Antriebsstrang - Google Patents

Hydrostatische Hybridantriebseinrichtung für einen hybriden Antriebsstrang Download PDF

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Joachim Thurner
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung (H) für einen hybriden Antriebsstrang (A), insbesondere eines Fahrzeugs, wobei die Hybridantriebseinrichtung (H) eine hydrostatische Verdrängermaschine (1) aufweist, die eine Triebwelle (2) aufweist, die aus einem Gehäuse (3) der Verdrängermaschine (1) herausgeführt ist und ein Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine (1) im Bereich der Triebwelle (2) mittels einer Dichtungseinrichtung zur Umgebung abgedichtet ist. Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung (H) umfasst eine Hochdruckspeichervorrichtung (7) und eine Niederdruckspeichervorrichtung (8), wobei die Vorspannung (PH) der Hochdruckspeichervorrichtung (7) höher als die Vorspannung (PN) der Niederdruckspeichervorrichtung (8) ist, und der Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine (1) steht mit einem Behälter (5) in Verbindung, wobei die Vorspannung (PN) der Niederdruckspeichervorrichtung (8) höher als das Druckniveau des Behälters (5) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Hybridantriebseinrichtung für einen hybriden Antriebsstrang, insbesondere eines Fahrzeugs, wobei die Hybridantriebseinrichtung eine hydrostatische Verdrängermaschine aufweist, die eine Triebwelle aufweist, die aus einem Gehäuse der Verdrängermaschine herausgeführt ist und ein Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine im Bereich der Triebwelle mittels einer Dichtungseinrichtung zur Umgebung abgedichtet ist.
  • Fahrzeuge, beispielsweise Kraftfahrzeuge oder Fahrzeuge des öffentlichen Personenverkehrs, beispielsweise Omnibusse, bevorzugt für den Personennahverkehr, sowie mobile selbstfahrende Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeuge, Landmaschinen, Forstmaschinen und Baumaschinen, beispielsweise Bagger, Rad- und Teleskoplader, Schlepper, Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrüben- oder Kartoffelroder, weisen einen Antriebsstrang mit einem in der Regel als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor auf, der einen Verbraucher, beispielsweise einen Fahrantrieb, des Fahrzeugs antreibt.
  • Zunehmend kommen bei derartigen Fahrzeugen hybride Antriebsstrangkonzepte zum Einsatz. Hinsichtlich des Aufbaus des hybriden Antriebsstranges sind Ausführungen als serieller Hybrid, als paralleler Hybrid oder als leistungsverzweigter Hybrid bekannt.
  • Fahrzeuge mit einem hybriden Antriebsstrang werden aus einer Kombination von verschiedenen Energiequellen angetrieben. Neben dem in der Regel als Verbrennungsmotor ausgeführten Antriebsmotor als Energiequelle ist die Energiequelle der Hybridantriebseinrichtung vorgesehen und im Fahrzeug mitgeführt, die bei einer mechanischen Hybridantriebseinrichtung beispielsweise von einem Schwungrad, bei einer elektrischen Hybridantriebseinrichtung von einer Batterie, Akkumulatoren oder Hochleistungskondensatoren bzw. bei einer hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung von einem Hydrospeicher gebildet sein kann.
  • Bekannte Hybridantriebseinrichtung weisen einen hohen Systemaufwand und somit einen hohen Bauaufwand auf.
  • Bekannte elektrische Hybridantriebseinrichtungen bestehen aus einem elektrischen Energiespeicher und einer elektrischen, als Motor und Generator betreibbaren Maschine, die in der Regel als Asynchronmaschine ausgebildet ist und zu deren Ansteuerung eine Leistungselektronik erforderlich ist. Für den elektrischen Energiespeicher ist hierbei in der Regel auch eine Klimatisierungsanlage erforderlich, um den Energiespeicher im Betrieb heizen bzw. kühlen zu können. Elektrische Hybridantriebseinrichtungen sind aufgrund der geringen Kapazität der elektrischen Energiespeicher sowie der zum Betrieb benötigten zusätzlichen Komponenten aus den Bereichen der Leistungselektronik und der Klimatechnik sehr kostenintensiv. Zudem wirkt sich die geringe Leistungs- und Energiedichte der elektrischen Energiespeicher negativ auf das Gesamtgewicht des Fahrzeugs aus. Ein weiterer Nachteil elektrischer Hybridantriebseinrichtungen besteht darin, dass der elektrische Energiespeicher ein erhöhtes Gefahrenpotenzial darstellt, beispielsweise durch Selbstentzündung und einer Gefährdung der ein brennendes Fahrzeug mit einem eingebauten elektrischen Energiespeicher einer elektrischen Hybridantriebseinrichtung löschenden Person.
  • Bekannte mechanische Hybridantriebseinrichtungen mit einem mechanischen Energiespeicher, beispielsweise einem Schwungradspeicher, arbeiten in der Regel mit sehr großen oder sehr schnell drehenden Schwungrädern. Die zusätzliche Masse des Schwungradspeichers einer mechanischen Hybridantriebseinrichtung führt jedoch zu einer Verringerung des Energieverbrauchsvorteils des Fahrzeugs, da in den Fahrzyklen entsprechend mehr Energie für die Beschleunigung des Fahrzeugs erforderlich ist.
  • Bekannte hydrostatische Hybridantriebseinrichtungen benötigen oftmals eine Vielzahl von Ventilen, um Leistung in einem Hochdruckspeicher zwischen zu speichern und wieder abzugeben. Aus der WO 2007/071362 A1 ist eine gattungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei der die hydrostatische Hybridantriebseinrichtung als Verdrängermaschine ausgebildet ist, die mit einer Seite über eine Leitung mit einem Niederdruckspeicher und mit der zweiten Seite über eine weitere Leitung mit einem Hochdruckspeicher verbunden ist. Die Verdrängermaschine ist als Pumpe und Motor betreibbar und hierzu zur Förderung von Druckmittel in beiden Durchflussrichtungen vorgesehen. Die Verdrängermaschine ist als ein im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk ausgeführt. Bei der WO 2007/071362 A1 ergeben sich im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb unterschiedliche Durchflussrichtungen der Verdrängermaschine. Um bei gleicher Drehrichtung der Verdrängermaschine somit den Pumpen- und Motorbetrieb ermöglichen zu können, ist das Verstelltriebwerk als beidseitig und somit über die Stellung mit Verdrängervolumen Null in beide Richtungen verstellbar auszuführen, wodurch die Verstelleinrichtung der Verdrängermaschine und somit die Verdrängermaschine der hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung entsprechend aufwändig ist.
  • Zudem sind bereits hydrostatische Hybridantriebseinrichtungen bekannt, bei denen die Verdrängermaschine, die mit einem Hochdruckspeicher und mit einem Niederdruckspeicher verbunden ist, im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb gleiche Durchflussrichtungen der Verdrängermaschine aufweisen. Die Verdrängermaschine kann hierbei als einseitig verstellbares Verstelltriebwerk ausgebildet werden.
  • Sowohl bei einer hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung mit einem beidseitig verstellbaren Verstelltriebwerk als Verdrängermaschine als auch bei einer hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung mit einem einseitig verstellbaren Verstelltriebwerk als Verdrängermaschine ist es erforderlich, das Verstelltriebwerk an der Saugseite mit Druck vorzuspannen, um eine ausreichende Saugfähigkeit zu gewährleisten. Bekannte hydrostatische Hybridantriebseinrichtungen weisen hierzu einen vorgespannten und somit unter einer Vorspannung stehenden Niederdruckspeicher auf, der zusätzlich als Tank dient. In der Funktion als Tank steht der Niederdruckspeicher weiterhin mit dem Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine in Verbindung, um die im Betrieb der Verdrängermaschine anfallende Leckage von Druckmittel aufzunehmen. Dadurch ergibt sich, dass der Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine durch die Vorspannung des Niederdruckspeichers im Druckniveau angehoben wird. Der Gehäuseinnenraum des Gehäuses der Verdrängermaschine ist im Bereich einer aus dem Gehäuse herausgeführten Triebwelle der Verdrängermaschine mittels einer Dichtungseinrichtung, in der Regel einem Radialwellendichtring, zur Umgebung abgedichtet. Der Einsatz eines Radialwellendichtringes ist hinsichtlich des Druckes und der Drehzahl begrenzt, wodurch die Leistung der Hybridantriebseinrichtung begrenzt wird. Um den Gehäuseinnendruck für eine entsprechende hohe Saugfähigkeit und hohe Leistung der Hybridantriebseinrichtung anheben zu können, ist somit im Bereich der Triebwelle, die aus dem Gehäuse der Verdrängermaschine herausgeführt ist, eine druckfeste Dichtungseinrichtung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine zur Umgebung erforderlich. Derartige druckfeste Dichtungseinrichtung führen jedoch zu einem hohen Bauaufwand für die Abdichtung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine zur Umgebung im Bereich der Triebwelle.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Hybridantriebseinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Verdrängermaschine eine hohe Saugfähigkeit aufweist und bei der die Abdichtung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine zur Umgebung im Bereich der Triebwelle einen einfachen und kostengünstigen Bauaufwand aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hybridantriebseinrichtung eine Hochdruckspeichervorrichtung und eine Niederdruckspeichervorrichtung umfasst, wobei die Vorspannung der Hochdruckspeichervorrichtung höher als die Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung ist, und der Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine mit einem Behälter in Verbindung steht, wobei die Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung höher als das Druckniveau des Behälters ist. Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung ist somit mit einem Dreibehältersystem versehen, das den Behälter, die Niederdruckspeichervorrichtung und die Hochdruckspeichervorrichtung aufweist. Diese drei Behälter des Dreibehältersystems weisen jeweils unterschiedliche Druckniveaus auf. Die Verdrängermaschine fördert Druckmittel von der Niederdruckspeichervorrichtung zu der Hochdruckspeichervorrichtung bzw. von der Hochdruckspeichervorrichtung zu der Niederdruckspeichervorrichtung. Die Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung ist hierbei niedriger als die Vorspannung der Hochdruckspeichervorrichtung. Das Druckniveau des die Funktion eines Tanks aufweisenden Behälters ist niedriger als die Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung. Hierdurch werden besondere Vorteile erzielt, da durch eine entsprechende Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung eine hohe Saugfähigkeit der Verdrängermaschine gewährleistet ist, die eine hohe Leistung der Hybridantriebseinrichtung ermöglicht. Gleichzeitig führt durch die Verbindung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine mit dem Behälter die Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung nicht zu einer Erhöhung des Gehäuseinnendrucks. Bei der Erfindung entspricht vielmehr der Gehäuseinnendruck des Gehäuses der Verdrängermaschine dem Druckniveau des Behälters, so dass eine einfache und kostengünstige Abdichtung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine zur Umgebung im Bereich der Triebwelle ermöglicht wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter als nicht-vorgespannter Behälter ausgebildet, der mit der Umgebung in Verbindung steht, oder als vorgespannter Behälter ausgebildet. Ein nicht-vorgespannte Behälter steht mit der Umgebung und somit der Atmosphäre in Verbindung und bildet somit einen drucklosen Tank. Der Gehäuseinnendruck des Gehäuses der Verdrängermaschine entspricht somit dem Druck der Umgebung, so dass eine einfache und kostengünstige Abdichtung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine zur Umgebung im Bereich der Triebwelle ermöglicht wird. Alternativ kann der Behälter unter einer geringfügigen Vorspannung stehen, die geringer als die Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung ist, so dass ebenfalls eine einfache und kostengünstige Abdichtung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine zur Umgebung im Bereich der Triebwelle ermöglicht wird. Ein derartiger auf eine geringe Vorspannung vorgespannter Behälter kann beispielsweise mit Druckluft aus einer Druckluftquelle auf ein geringes Druckniveau vorgespannt werden.
  • Die Hochdruckspeichervorrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als vorgespannter Druckspeicher, insbesondere Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet. Bevorzugt steht die Hochdruckspeichervorrichtung unter einer Gasvorspannung.
  • Die Niederdruckspeichervorrichtung ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als vorgespannter Druckspeicher, insbesondere vorgespannter Behälter, zum Beispiel durch Druckluftquelle, Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet. Bevorzugt steht die Niederdruckspeichervorrichtung unter einer Gasvorspannung.
  • Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus und einer kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung ergeben sich besondere Vorteile, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Hochdruckspeichervorrichtung und die Niederdruckspeichervorrichtung als Doppelkolbenspeicher ausgebildet sind. Mit einem Doppelkolbenspeicher kann mit besonders geringem Bauraumbedarf die Funktion der Hochdruckspeichervorrichtung und der Niederdruckspeichervorrichtung erzielt werden.
  • Hinsichtlich eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus der Hybridantriebseinrichtungen ergeben sich Vorteile, wenn die Verdrängermaschine im offenen Kreislauf betrieben ist und bei gleicher Drehrichtung sowie gleicher Durchflussrichtung eines Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist, wobei an eine auslassseitige Förderseite der Verdrängermaschine eine Förderleitung angeschlossen ist, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine mit der Hochdruckspeichervorrichtung und im Motorbetrieb der Verdrängermaschine mit der Niederdruckspeichervorrichtung verbunden ist, und wobei an eine einlassseitige Saugseite der Verdrängermaschine eine Ansaugleitung angeschlossen ist, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine mit der Niederdruckspeichervorrichtung und im Motorbetrieb der Verdrängermaschine mit der Hochdruckspeichervorrichtung verbunden ist, wobei zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine eine Ventileinrichtung vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung besteht aus einer im offenen Kreislauf betriebenen hydrostatischen Verdrängermaschine, die bei gleicher Drehrichtung sowie gleicher Durchflussrichtung eines Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist. Die Verdrängermaschine steht an einer auslassseitigen Förderseite mit einer Förderleitung in Verbindung, mit der die von dem Antriebsstrang angetriebene Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb Druckmittel in die Hochdruckspeichervorrichtung fördert. Die Hochdruckspeichervorrichtung stellt hierbei den einzigen Verbraucher der Verdrängermaschine dar, so dass bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung die Verdrängungsmaschine während der Energierückgewinnung ausschließlich in die Hochdruckspeichervorrichtung fördert. Im Pumpenbetrieb während der Energierückgewinnung wird der Verdrängermaschine Druckmittel an der Saugseite aus der Niederdruckspeichervorrichtung zugeführt und die Verdrängermaschine fördert an der Förderseite in die Hochdruckspeichervorrichtung. Im Motorbetrieb wird die Verdrängermaschine an der Saugseite von dem Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung angetrieben und fördert das an der Saugseite zugeführte Druckmittel über die Förderseite in die Niederdruckspeichervorrichtung. Im Motorbetrieb gibt somit die Verdrängermaschine ein Drehmoment an den Antriebsstrang ab. Eine derartige im offenen Kreislauf betriebene Verdrängermaschine, die Druckmittel zwischen der Niederdruckspeichervorrichtung und der Hochdruckspeichervorrichtung hin- und herfördert, weist einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auf. Da bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung die Hochdruckspeichervorrichtung den einzigen Verbraucher der Verdrängermaschine bildet, kann ein kompakter Aufbau der Hybridantriebseinrichtung erzielt werden.
  • Da bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb die systembedingten Leckagen der Verdrängermaschine in den Behälter abströmen, steht die Leckagedruckmittelmege nicht mehr in der Niederdruckspeichervorrichtung und der Hochdruckspeichervorrichtung für die Energierückgewinnung zur Verfügung. Um die durch die Leckage zum Behälter abströmende und in den Speichervorrichtungen fehlende Druckmittelmenge wieder ausgleichen und auffüllen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Ladeeinrichtung vorgesehen, die ein Laden der Niederdruckspeichervorrichtung durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine mit Druckmittel aus dem Behälter ermöglicht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steht die Ansaugleitung der Verdrängermaschine mit dem Behälter in Verbindung, wobei an die Ansaugleitung zumindest eine Entladeleitung der Hochdruckspeichervorrichtung und der Niederdruckspeichervorrichtung angeschlossen ist, wobei die Ladeeinrichtung ein Sperrventil aufweist, das in der Ansaugleitung zwischen dem Anschluss der zumindest einen Entladeleitung sowie dem Behälter angeordnet und als ein in Richtung zu dem Behälter sperrendes Sperrventil ausgebildet ist. In der von dem Behälter zu der Saugseite der Verdrängermaschine geführten Ansaugleitung ist ein in Richtung zu dem Behälter sperrendes Sperrventil angeordnet. Im Ladebetrieb kann somit die als Pumpe betriebene Verdrängermaschine Druckmittel über das sich öffnende Sperrventil aus dem Behälter ansaugen. Zumindest eine Entladeleitung, die zum Entladen der Hochdruckspeichervorrichtung und der Niederdruckspeichervorrichtung vorgesehen ist, ist an die Ansaugleitung zwischen der Saugseite der Verdrängermaschine und dem Sperrventil angeschlossen. Im Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine, wobei der Verdrängungsmaschine an der Saugseite das unter Druck stehende Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung zugeführt wird, wird somit mit dem in der Ansaugleitung angeordneten Sperrventil auf einfache Weise ein Abströmen des Druckmittels aus der Hochdruckspeichervorrichtung in den Behälter verhindert. Im Pumpenbetrieb wird der Verdrängermaschine Druckmittel an der Saugseite aus der Niederdruckspeichervorrichtung an der Saugseite zugeführt. Aufgrund der über dem Druckniveau des Behälters liegenden Vorspannung der Niederdruckspeichervorrichtung wird das Sperrventil in die Sperrstellung beaufschlagt, so dass ein Ansaugen von Druckmittel aus der Niederdruckspeichervorrichtung im Pumpenbetrieb während der Energierückgewinnung sichergestellt ist, um eine hohe Saugfähigkeit der Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb beim Laden der Hochruckspeichervorrichtung gewährleistet ist.
  • Die Ladeeinrichtung umfasst gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung eine Ladeleitung, die von der Förderleitung der Verdrängermaschine zu der Niederdruckspeichervorrichtung geführt ist, und ein in der Ladeleitung angeordnetes Ladeventil. Mit einer derartigen Ladeleitung kann auf einfache Weise erzielt werden, dass das über das geöffnete Sperrventil aus dem Behälter angesaugte Druckmittel von der Verdrängermaschine in die Niederdruckspeichervorrichtung gefördert werden kann, um die Leckagen auszugleichen.
  • Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich Vorteile, wenn das Ladeventil eine Sperrstellung und eine Durchflussstellung aufweist. Im Pumpen- und Motorbetrieb der Verdrängermaschine zur Energierückgewinnung befindet sich das Ladeventil in der Sperrstellung. Für den Ladebetrieb und das Laden der Niederdruckspeichervorrichtung wird das Ladeventil in eine Durchflussstellung aufgesteuert.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Ladeventil als Schaltventil ausgebildet, wodurch einfacher und kostengünstiger Aufbau des Ladeventils erzielt wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Förderleitung ein in Richtung zur Verdrängermaschine sperrendes Sperrventil angeordnet. Ein derartiges Sperrventil in der Förderleitung verhindert auf einfache Weise den Rücklauf von Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung zur Förderseite der Verdrängermaschine. Mit einem derartigen Sperrventil kann auf schaltungstechnisch einfache Weise der Ladebetrieb der Hochdruckspeichervorrichtung durchgeführt werden und bei aufgeladenem Hochdruckspeichervorrichtung ein Abströmen des Druckmittels aus der Hochdruckspeichervorrichtung zur Förderseite der Verdrängermaschine verhindert werden.
  • Die Ventileinrichtung zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung eine erste Ventileinrichtung auf, die an die Förderleitung der Verdrängermaschine, an eine zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführte Verbindungsleitung, an eine zu der Ansaugleitung geführte Entladeleitung der Hochdruckspeichervorrichtung und an eine zu der Niederdruckspeichervorrichtung geführte Verbindungsleitung angeschlossen ist. Mit einer derartigen ersten Ventileinrichtung kann auf einfache Weise die Verbindung der Förderleitung der Verdrängungsmaschine mit der Hochdruckspeichervorrichtung bzw. der Niederdruckspeichervorrichtung sowie die Verbindung der Entladeleitung der Hochdruckspeichervorrichtung mit der Ansaugleitung der Verdrängermaschine für den Pumpen- und Motorbetrieb der Verdrängermaschine gesteuert werden.
  • Die erste Ventileinrichtung weist zweckmäßigerweise eine Pumpenbetriebsstellung auf, in der die Förderleitung der Verdrängermaschine mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung verbunden ist und die Entladeleitung der Hochdruckspeichervorrichtung sowie die zu der Niederdruckspeichervorrichtung geführte Verbindungsleitung abgesperrt sind, und eine Motorbetriebsstellung auf, in der die zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführte Verbindungsleitung mit der Entladeleitung der Hochdruckspeichervorrichtung verbunden ist und die Förderleitung der Verdrängermaschine mit der zu der Niederdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung verbunden ist. Hierdurch kann mit der ersten Ventileinrichtung auf einfache Weise erzielt werden, dass die Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb Druckmittel zum Laden der Hochdruckspeichervorrichtung in die Hochdruckspeichervorrichtung fördert und im Motorbetrieb das aus der Hochdruckspeichervorrichtung an der Saugseite zugeführte Druckmittel in die Niederdruckspeichervorrichtung fördert.
  • Die Ventileinrichtung zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung eine zweite Ventileinrichtung auf, die in einer zu der Ansaugleitung geführten Entladeleitung der Niederdruckspeichervorrichtung angeordnet ist. Mit einer derartigen zweiten Ventileinrichtung kann auf einfache Weise die Verbindung der Entladeleitung der Niederdruckspeichervorrichtung mit der Ansaugleitung der Verdrängermaschine für den Pumpen- und Motorbetrieb der Verdrängermaschine gesteuert werden.
  • Die zweite Ventileinrichtung weist zweckmäßigerweise eine Pumpenbetriebsstellung auf, in der die Entladeleitung der Niederdruckspeichervorrichtung geöffnet ist, und eine Motorbetriebsstellung auf, in der Entladeleitung der Niederdruckspeichervorrichtung abgesperrt ist. Hierdurch kann mit der zweiten Ventileinrichtung auf einfache Weise erzielt werden, dass der Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb an der Saugseite Druckmittel aus der Niederdruckspeichervorrichtung zugeführt wird.
  • Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich Vorteile, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die zweite Ventileinrichtung als Schaltventil ausgebildet ist.
  • Die Ventileinrichtung zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung eine Steuerventileinrichtung auf, die an die Förderleitung der Verdrängermaschine, an eine zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführte Verbindungsleitung und an eine zu der Ansaugleitung geführte gemeinsame Entladeleitung der Hochdruckspeichervorrichtung und der Niederdruckspeichervorrichtung sowie an eine zu der Niederdruckspeichervorrichtung geführte Verbindungsleitung angeschlossen ist. Mit einer derartigen Steuerventileinrichtung, die an eine gemeinsame Entladeleitung angeschlossen ist, mittels der sowohl die Verbindung der Hochdruckspeichervorrichtung als auch die Verbindung der Niederdruckspeichervorrichtung mit der Ansaugleitung der Verdrängermaschine gesteuert werden kann, kann auf einfache Weise nur mit einem Ventil die Verbindung der Förderleitung der Verdrängungsmaschine mit der Hochdruckspeichervorrichtung bzw. der Niederdruckspeichervorrichtung sowie die Verbindung der Hochdruckspeichervorrichtung und der Niederdruckspeichervorrichtung mittels der gemeinsamen Entladeleitung mit der Ansaugleitung der Verdrängermaschine für den Pumpen- und Motorbetrieb der Verdrängermaschine gesteuert werden.
  • Die Steuerventileinrichtung weist zweckmäßigerweise eine Pumpenbetriebsstellung auf, in der die Förderleitung der Verdrängermaschine mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung verbunden ist und die gemeinsame Entladeleitung mit der zur Niederdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung verbunden ist, und eine Motorbetriebsstellung auf, in der die zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführte Verbindungsleitung mit der gemeinsamen Entladeleitung verbunden ist und die Förderleitung der Verdrängermaschine mit der zu der Niederdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung verbunden ist. Hierdurch kann mit der Steuerventileinrichtung auf einfache Weise erzielt werden, dass der Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb mittels der gemeinsamen Entladeleitung an der Saugseite Druckmittel aus der Niederdruckspeichervorrichtung zugeführt wird und die Verdrängermaschine das Druckmittel zum Laden der Hochdruckspeichervorrichtung in die Hochdruckspeichervorrichtung fördert sowie im Motorbetrieb das aus der Hochdruckspeichervorrichtung mittels der gemeinsamen Entladeleitung an der Saugseite zugeführte Druckmittel in die Niederdruckspeichervorrichtung fördert.
  • Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich Vorteile, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die erste Ventileinrichtung oder die Steuerventileinrichtung als Schaltventil ausgebildet ist.
  • Sofern die erfindungsgemäße Antriebseinrichtungen in einem Fahrzeug zur Energiegewinnung im Bremsbetrieb des Fahrzeugs verwendet wird, ergeben sich besondere Vorteile, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Bremsmomenterzeugungseinrichtung vorgesehen ist, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine ein an der Verdrängermaschine anstehendes Bremsmoment erzeugt. Sofern der aktuell in der Hochdruckspeichervorrichtung anstehende Speicherladedruck nicht ausreichend ist, um im Bremsbetrieb des Fahrzeugs durch den Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine ein ausreichendes Bremsmoment aufzubauen, kann mit einer Bremsmomenterzeugungseinrichtung auf einfache Weise eine gewünschte Bremsleistung eingestellt werden.
  • Die Bremsmomenterzeugungseinrichtung weist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Retarderventil auf, das in der zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung angeordnet ist. Mit einem in der zur der Hochdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung und somit im Zulauf der Hochdruckspeichervorrichtung angeordneten Retarderventil kann auf einfache Weise an der Förderseite der Verdrängermaschine bei einem nicht ausreichenden Speicherladedruck der Hochdruckspeichervorrichtung der Druck angehoben werden und ein Druck an der Förderseite der Verdrängermaschine entsprechend der gewünschten Bremsleistung eingestellt werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Bremsmomenterzeugungseinrichtung von einer zusätzlichen Steuerstellung der ersten Ventileinrichtung oder der Steuerventileinrichtung gebildet, in der die Verbindung der Förderleitung der Verdrängermaschine mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung drosselbar ist. Mit einer zusätzlichen Steuerstellung der ersten Ventileinrichtung, wobei die zusätzliche Steuerstellung die Verbindung der Förderleitung der Verdrängermaschine mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung drosselt, kann auf einfache Weise an der Förderseite der Verdrängermaschine bei einem nicht ausreichenden Speicherladedruck der Hochdruckspeichervorrichtung der Druck angehoben werden und ein Druck an der Förderseite der Verdrängermaschine entsprechend der gewünschten Bremsleistung eingestellt werden.
  • Die erste Ventileinrichtung oder die Steuerventileinrichtung ist hierzu gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung als in Zwischenstellungen drosselndes Wegeventil ausgebildet. Mit einem in Zwischenstellungen drosselnden Wegeventil, beispielsweise einem proportionalen Wegeventil, wird es auf einfache Weise ermöglicht, den Druck an der Förderseite der Verdrängermaschine entsprechend der gewünschten Bremsleistung einzustellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Ventileinrichtung und das Ladeventil elektrisch betätigbar und stehen zur Betätigung mit einer elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung, die eingangsseitig mit einer den Speicherdruck der Hochdruckspeichervorrichtung erfassenden Sensoreinrichtung und einer den Speicherdruck der Niederdruckspeichervorrichtung erfassenden Sensoreinrichtung in Verbindung steht. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Steuerungsaufwand, da mit einer elektronischen Steuereinrichtung und einer von dieser elektrisch betätigbaren Ventileinrichtung in Abhängigkeit von dem mittels der Sensoreinrichtung erfassten Speicherdruck der Hochdruckspeichervorrichtung durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung der Pumpenbetrieb der Verdrängungsmaschine zum Laden der Hochdruckspeichervorrichtung eingeleitet werden kann sowie bei einem entsprechenden in der Hochdruckspeichervorrichtung anstehenden Speicherladedruck durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung der Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine eingeleitet werden kann, um ein Drehmoment an den Antriebsstrang abzugeben. Zudem kann anhand der Sensoreinrichtungen ein zu geringer Ladedruck der beiden Speichervorrichtungen auf einfache Weise erkannt werden und mittels des elektrisch betätigbaren Ladeventils mit einer elektronischen Steuereinrichtung die Niederdruckspeichervorrichtung mit Druckmittel aus dem Behälter aufgeladen werden.
  • In der elektronischen Steuereinrichtung sind vorteilhafterweise Betriebsstrategien hinterlegt, um die Hochdruckspeichervorrichtung in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Fahrzeugs mit überschüssiger Energie eines Antriebsmotors und/oder im Bremsbetrieb des Verbrauchers durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine aufzuladen. Hierdurch wird es möglich, die Hochdruckspeichervorrichtung in bestimmten Betriebszuständen, in denen am Antriebsmotor überschüssige Energie anfällt, zu laden und/oder in einem Bremsbetrieb des Verbrauchers mit der anfallenden Bremsenergie aufzuladen, um eine Energierückgewinnung zu ermöglichen. Die elektronische Steuereinrichtung steht hierzu mit entsprechenden Betätigungselementen in Verbindung, anhand derer der jeweilige Betriebszustand und/oder der Bremsbetrieb des Verbrauchers ermittelt werden kann, beispielsweise einer Fahrpedaleinrichtung oder einem Bremspedal bei der Ausführung des Verbrauchers als Fahrantrieb des Fahrzeugs.
  • Bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann die Verdrängermaschine im Motorbetrieb als Boosterantrieb des laufenden Antriebsmotors und/oder als hydraulischer Starter des abgestellten Antriebsmotors dienen. Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung kann somit zur Unterstützung des laufenden Antriebsmotors und/oder als hydraulischer Starter im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors verwendet werden, wobei sich aufgrund der robusten Bauweise und Funktion der Verdrängermaschine eine kostengünstige Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors erzielen lässt.
  • Weiterhin ist in der in der elektronischen Steuereinrichtung eine Ladestrategie hinterlegt, um die Niederdruckspeichervorrichtung in Abhängigkeit von den mittels der Sensoreinrichtungen erfasste Zuständen der Niederdruckspeichervorrichtung und der Hochdruckspeichervorrichtung durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine aufzuladen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Hochdruckspeichervorrichtung ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet. Im Pumpenbetrieb der Verdrängungsmaschine, in dem die Hochdruckspeichervorrichtung mit Druckmittel aufgeladen wird, kann über eine Druckbegrenzungsventil auf einfache Weise der Ladebetrieb abgesichert und der in der Hochdruckspeichervorrichtung anstehenden Speicherdruck abgesichert werden.
  • Vorteilhafterweise sichert das Druckbegrenzungsventil die Hochdruckspeichervorrichtung zur Niederdruckspeichervorrichtung ab. Über das Druckbegrenzungsventil aus der Hochdruckspeichervorrichtung abströmende Druckmittel bleibt somit in der Niederdruckspeichervorrichtung vorhanden und muss somit nicht durch einen Ladebetrieb aus dem Behälter ergänzt werden.
  • Zweckmäßigerweise ist der Niederdruckspeichervorrichtung ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet. Mit einem derartigen Druckbegrenzungsventil kann auf einfache Weise der in der Niederdruckspeichervorrichtung anstehende Speicherdruck abgesichert werden.
  • Das Druckbegrenzungsventil sichert bevorzugt die Niederdruckspeichervorrichtung zum Behälter ab.
  • Besondere Vorteile sind erzielbar, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Hochdruckspeichervorrichtung mittels eines Entlastungsventils zu dem Behälter oder der Niederdruckspeichervorrichtung entlastbar ist und/oder die Niederdruckspeichervorrichtung mittels eines Entlastungsventils zu dem Behälter entlastbar ist. Mit derartigen Entlastungsventilen können auf einfache Weise für Service- und Wartungsarbeiten die Hochdruckspeichervorrichtung sowie die Niederdruckspeichervorrichtung zu dem Behälter entlastet werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Triebwelle der Verdrängermaschine eine Kupplungseinrichtung zugeordnet. Mit einer derartigen Kupplungseinrichtung kann auf einfache Weise die triebliche Verbindung der Verdrängungsmaschine mit dem Antriebstrang hergestellt bzw. getrennt werden. Mit der Kupplungseinrichtung wird es auf einfache Weise ermöglicht, die Verdrängermaschine nur für den Ladebetrieb der Niederdruckspeichervorrichtung sowie während einer Energierückgewinnung durch einen Pumpen- und Motorbetrieb mit dem Antriebstrang zu verbinden und in anderen Betriebszuständen, beispielsweise bei längeren stationären Fahrsituation des Fahrzeugs, vom Antriebsstrang zu trennen, um einen permanenten und verlustbringenden Betrieb der Verdrängungsmaschine zu vermeiden.
  • Die Verdrängermaschine kann als im Verdrängervolumen konstantes Konstanttriebwerk ausgebildet sein.
  • Alternativ kann die Verdrängermaschine als im Verdrängervolumen einseitig verstellbares Verstelltriebwerk ausgebildet sein, wobei eine Verdrängervolumenstelleinrichtung des Verstelltriebwerks ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen in eine Stellrichtung verstellbar ist. Aufgrund der gleich bleibenden Durchflussrichtung des Druckmittels der Verdrängungsmaschine im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb ergeben sich bei einer als Verstelltriebwerk ausgebildeten Verdrängungsmaschine besondere Vorteile hinsichtlich eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus der Verdrängungsmaschine, da die Verdrängungsmaschine als einseitig verstellbares Verstelltriebwerk ausgeführt werden kann, bei der eine Verdrängervolumenstelleinrichtung des Verstelltriebwerks ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen, beispielsweise einem von einem Anschlag definierten minimalen Fördervolumen, in eine einzige Stellrichtung verstellbar ist. Ein derartiges einseitig verstellbares Verstelltriebwerk weist gegenüber einem beidseitig verstellbaren Verstelltriebwerk einen deutlich vereinfachten Aufbau der Verstellung der Verdrängervolumenstelleinrichtung auf, so dass sich ein kostengünstiger und kompakter Aufbau der Verdrängermaschine ergibt.
  • Die Verdrängervolumenstelleinrichtung ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mittels einer hydraulischen Stelleinrichtung verstellbar, wobei die Stelleinrichtung zur Versorgung mit Druckmittel mit der Niederdruckspeichervorrichtung und/oder der Hochdruckspeichervorrichtung in Verbindung steht und wobei die Stelleinrichtung mit dem Behälter in Verbindung steht. Die Verstellung des Verdrängervolumens der Verdrängermaschine erfolgt somit mit Druckmittel und somit mit Energie aus der Niederdruckspeichervorrichtung und/oder der Hochdruckspeichervorrichtung, wobei die zum Verstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung erforderliche Druckmittelmenge aus der Niederdruckspeichervorrichtung und/oder der Hochdruckspeichervorrichtung entnommen wird. Nach dem Verstellen der Verdrängermaschine wird das Druckmittel in den Behälter entspannt. In Verbindung mit der Ladeeinrichtung kann das für die Verstellung des Verdrängervolumens der Verdränger aus der Niederdruckspeichervorrichtung und/oder der Hochdruckspeichervorrichtung entnommene und anschließend zum Behälter abgeführte Druckmittelmenge auf einfache Weise wieder in der Niederdruckspeichervorrichtung ergänzt werden.
  • Die Verdrängervolumenstelleinrichtung des Verstelltriebwerks steht vorteilhafterweise zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung. Von der elektronischen Steuereinrichtung kann somit durch entsprechendes Einstellen der Verdrängervolumenstelleinrichtung und somit des Verdrängervolumens des Verstelltriebwerks das Drehmoment der Verdrängermaschine gesteuert werden, das in Verbindung mit dem in der Hochdruckspeichervorrichtung anstehenden Speicherdruck im Pumpenbetrieb von der Verdrängungsmaschine aufgenommen bzw. im Motorbetrieb von der Verdrängungsmaschine abgegeben wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem von einem Antriebsmotor angetriebenen Antriebsstrang und einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung, wobei der Antriebsstrang als Parallelhybrid ausgebildet ist und zumindest einen Verbraucher aufweist. Mit der erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung kann in einem Fahrzeug auf einfache und kostengünstige Weise sowie mit einem geringen Bauraumbedarf für die Hybridantriebseinrichtung ein paralleler Hybrid geschaffen werden, bei dem die Verdrängermaschine und der Antriebsmotor auf den Antriebsstrang wirken.
  • Der Verbraucher kann als ein von einem Getriebe angetriebenes Drehwerk ausgebildet sein. Mit einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann bei einem Fahrzeug mit einem Drehwerk, beispielsweise einer als Bagger ausgebildeten Arbeitsmaschine, im Bremsbetrieb des Drehwerks eine Energierückgewinnung erfolgen und eine Unterstützung des Antriebsmotor beim Beschleunigen des Drehwerks erzielt werden.
  • Der Verbraucher kann als eine von einem Getriebe angetriebene Antriebsachse mit zumindest zwei angetriebenen Antriebsrädern ausgebildet sein. Mit einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann bei einem Fahrzeug mit einem eine Antriebsachse umfassenden Fahrantrieb, beispielsweise einem Kraftfahrzeug oder einem Omnibus, im Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgen und eine Unterstützung des Antriebsmotor beim Beschleunigen und/oder im Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzielt werden.
  • Aufgrund der kompakten Abmessungen und kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann die Hybridantriebseinrichtung im Antriebsstrang im direkten Durchtrieb angeordnet sein. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung ist somit direkt in dem Antriebstrang eingebaut und integriert und ermöglicht einen Durchtrieb.
  • Alternativ kann die Hybridantriebseinrichtung über ein Verlagerungsgetriebe, insbesondere ein Stirnradgetriebe, mit dem Antriebsstrang verbunden sein. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung ist somit über ein Verlagerungsgetriebe mit dem Antriebsstrang verbunden und in diesen integriert.
  • Eine derartige Verbindung der Hybridantriebseinrichtung mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs über ein Verlagerungsgetriebe bietet die Möglichkeit, die Hybridantriebseinrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mittels einer Kupplungseinrichtung mit dem Antriebsstrang zu verbinden und von dem Antriebsstrang zu trennen. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung kann in der geöffneten Stellung der Kupplungseinrichtung temporär von dem Antriebstrang getrennt werden, wodurch in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei längeren stationären Fahrsituation des Fahrzeugs, ein permanenter und verlustbringender Betrieb der Verdrängungsmaschine vermieden werden kann.
  • Aufgrund der kompakten Abmessungen und kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung kann die Hybridantriebseinrichtung an einer beliebigen Stelle des Antriebsstranges eingebaut werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hybridantriebseinrichtung im Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor und einem den Verbraucher antreibenden Getriebe angeordnet.
  • Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Antriebsstrang im Kraftfluss zwischen der Hybridantriebseinrichtung und dem Getriebe eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung kann von der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung auf einfache Weise ein Starten des abgestellten Antriebsmotors im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion erzielt werden.
  • Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Antriebsstrang im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmotor und der Hybridantriebseinrichtung eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Sofern diese Kupplungseinrichtung geöffnet ist und eine Kupplungseinrichtung, die im Kraftfluss zwischen der Hybridantriebseinrichtung und dem Getriebe geschlossen ist, kann bei abgeschalteter Antriebsmaschine über die Hybridantriebseinrichtung der Verbraucher angetrieben werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hybridantriebseinrichtung im Antriebsstrang zwischen dem Getriebe und dem Verbraucher angeordnet.
  • Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Antriebsstrang im Kraftfluss zwischen dem Getriebe und der Hybridantriebseinrichtung eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung kann bei abgeschalteter Antriebsmaschine über die Hybridantriebseinrichtung der Verbraucher angetrieben werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hybridantriebseinrichtung mit einer Zusatzachse des Fahrzeugs trieblich verbunden. Sofern das Fahrzeug neben der über das Getriebe angetriebenen Antriebsachse eine Zusatzachse aufweist, die mit der Hybridantriebseinrichtung verbunden ist, kann im Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgen und im Fahrbetrieb des Fahrzeugs über die Zusatzachse von der Hybridantriebseinrichtung ein Zusatzdrehmoment aufgebracht werden.
  • Mit besonderem Vorteil ist hierbei im Kraftfluss zwischen der Hybridantriebseinrichtung und der Zusatzachse eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Mit einer derartigen Kupplungseinrichtung kann die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung auf einfache Weise von der Zusatzachse getrennt werden. Die Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung kann in der geöffneten Stellung der Kupplungseinrichtung temporär von der Zusatzachse getrennt werden, wodurch in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei längeren stationären Fahrsituation des Fahrzeugs, ein permanenter und verlustbringender Betrieb der Verdrängungsmaschine vermieden werden kann.
  • Durch die Verbindung der Verdrängermaschine der Hybridantriebseinrichtung mit einem Nebenabtrieb des Antriebsmotors kann ebenfalls über die Verdrängermaschine ein als Boosterantrieb zur Unterstützung des laufenden Antriebsmotors und/oder ein hydraulischer Starter zum Starten des abgestellten Antriebsmotors im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion geschaffen werden. Hierbei kann ebenfalls eine Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, mit der die Verdrängermaschine vom Nebenabtrieb getrennt werden kann, um Verluste durch den dauernden Betrieb der Verdrängermaschine zu vermeiden.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
  • 1 den Schaltplan einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung,
  • 2 den Schaltplan einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung,
  • 3 den Schaltplan einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung,
  • 4a bis 4e verschiedene Ausführungsformen eines Fahrzeugs mit einem eine erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung umfassenden Antriebsstrang und
  • 5 ein Ablaufdiagramm der Betriebsmodi der erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung.
  • In den 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung H dargestellt. In den 1 bis 3 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung H besteht aus einer hydrostatischen Verdrängermaschine 1, die im offenen Kreislauf betrieben ist und bei gleicher Drehrichtung sowie gleicher Durchflussrichtung eines Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung H ist die Verdrängermaschine 1 als einfach aufgebautes Zweiquadrantentriebwerk ausgebildet, das bei gleicher Drehrichtung und gleicher Durchflussrichtung des Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist.
  • Die Verdrängermaschine 1 weist eine Triebwelle 2, über die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 ein Drehmoment aus einem in den 1 und 2 nicht näher dargestellten Antriebsstrang eines Fahrzeugs zum Antrieb der Verdrängermaschine 1 aufgebracht werden kann bzw. über die im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 von der Verdrängungsmaschine 1 ein Drehmoment in einen Antriebstrang eingeleitet werden kann. Die triebliche Verbindung der Triebwelle 2 mit dem Antriebsstrang kann mit einer Kupplungseinrichtung K gesteuert werden, um die Verdrängermaschine 1 mit dem Antriebsstrang zu verbinden bzw. von dem Antriebsstrang zu trennen. Die Triebwelle 2 ist aus einem Gehäuse 3 der Verdrängermaschine 1 herausgeführt. Ein Gehäuseinnenraum des Gehäuses 3 der Verdrängermaschine 1 ist im Bereich der Triebwelle 2 mittels einer nicht näher dargestellten Dichtungseinrichtung zur Umgebung abgedichtet.
  • Der Gehäuseinnenraum des Gehäuses 3 der Verdrängermaschine 1 steht mittels einer Leckageleitung 4 mit einem Behälter 5 der Hybridantriebseinrichtung H in Verbindung. Im Betrieb der Verdrängermaschine 1 innerhalb des Gehäuses 3 der Verdrängermaschine 1 anfallendes Lecköl kann somit in den Behälter 5 abgeführt werden.
  • Die Verdrängermaschine 1 weist eine auslassseitige Förderseite F auf, an die eine Förderleitung 6 angeschlossen ist, die im Pumpenbetrieb mit einer Hochdruckspeichervorrichtung 7 der Hybridantriebseinrichtung H und im Motorbetrieb mit einer Niederdruckspeichervorrichtung 8 der Hybridantriebseinheit H verbindbar ist. In der Förderleitung 6 ist ein in Richtung zur Verdrängermaschine 1 sperrendes Sperrventil 9 angeordnet. Das Sperrventil 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil ausgebildet.
  • An eine einlassseitige Saugseite S der Verdrängermaschine 1 ist eine Ansaugleitung 10 angeschlossen, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 mit der Niederdruckspeichervorrichtung 8 und im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 mit der Hochdruckspeichervorrichtung 7 verbindbar ist.
  • An die Ansaugleitung 10 ist in den 1 und 2 eine Entladeleitung 11 der Hochdruckspeichervorrichtung 7 und eine Entladeleitung 12 der Niederdruckspeichervorrichtung 8 angeschlossen. In der 3 ist für die Hochdruckspeichervorrichtung 7 und für die Niederdruckspeichervorrichtung 8 eine gemeinsame Entladeleitung 110 vorgesehen, die an die Ansaugleitung 10 angeschlossen ist.
  • Die Ansaugleitung 10 steht weiterhin mit dem Behälter 5 in Verbindung. In der Ansaugleitung 10 ist zwischen dem Behälter 5 und den Anschlüssen der Entladeleitungen 11, 12 der 1 und 2 bzw. zwischen dem Behälter 5 und dem Anschluss der gemeinsamen Entladeleitung 11 der 3 ein in Richtung zu dem Behälter 5 sperrendes Sperrventil 13 angeordnet. Das Sperrventil 13 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil ausgebildet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung H weist die Hochdruckspeichervorrichtung 7 eine maximale Vorspannung PH und der Niederdruckspeichervorrichtung 8 eine maximale Vorspannung PN auf. Die maximale Vorspannung PH der Hochdruckspeichervorrichtung 7 ist höher als die maximale Vorspannung PN der Niederdruckspeichervorrichtung 8.
  • In den 1 bis 3 ist die Hochdruckspeichervorrichtung 7 als vorgespannter Druckspeicher 7a, insbesondere Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder
  • Membranspeicher, ausgebildet. Der Druckspeicher 7a steht unter einer Vorspannung, beispielsweise einer Gasvorspannung.
  • Die Niederdruckspeichervorrichtung 8 der 1 bis 3 ist ebenfalls als vorgespannter Druckspeicher 8a, insbesondere Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet. Der Druckspeicher 7a steht unter einer Vorspannung, beispielsweise einer Gasvorspannung oder einer pneumatischen Vorspannung.
  • Der Behälter 5 der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung H der 1 bis 3 kann als nicht-vorgespannte Behälter und somit als druckloser Tank ausgebildet sein, der mit der Umgebung und somit mit der Atmosphäre in Verbindung steht, oder als vorgespannter Behälter ausgebildet sein, der auf ein geringes Druckniveau von wenigen bar (maximal 3bar) vorgespannt ist. Die Vorspannung PN der Niederdruckspeichervorrichtung 8 ist hierbei höher als das Druckniveau des Behälters 5.
  • Zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine 1 ist eine Ventileinrichtung 15 vorgesehen.
  • Die Ventileinrichtung 15 der 1 und 2 ist von einer ersten Ventileinrichtung 16 und einer zweiten Ventileinrichtung 22 gebildet.
  • Die erste Ventileinrichtung 16 ist in dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Vieranschluss-Zweistellungs-Ventil ausgebildet. Die erste Ventileinrichtung 16 ist an die Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1, an eine zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführte Verbindungsleitung 17, an die Entladeleitung 11 der Hochdruckspeichervorrichtung 7 und an eine zu der Niederdruckspeichervorrichtung 8 geführte Verbindungsleitung 18 angeschlossen. Die erste Ventileinrichtung 16 weist eine Pumpenbetriebsstellung 16a auf, in der die Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1 mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführten Verbindungsleitung 17 verbunden ist, so dass durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 die Hochdruckspeichervorrichtung 7 mit Druckmittel geladen werden kann. In der Pumpenbetriebsstellung 16a sind weiterhin die Entladeleitung 11 der Hochdruckspeichervorrichtung 7 sowie die zu der Niederdruckspeichervorrichtung 8 geführte Verbindungsleitung 18 abgesperrt. Die erste Ventileinrichtung 16 weist weiterhin eine Motorbetriebsstellung 16b auf, in der die zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführte Verbindungsleitung 17 mit der Entladeleitung 11 der Hochdruckspeichervorrichtung 7 verbunden ist und die Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1 mit der zu der Niederdruckspeichervorrichtung 8 geführten Verbindungsleitung 18 verbunden ist. Im Motorbetrieb wird somit die Verdrängermaschine 1 von dem an der Saugseite S aus der Hochdruckspeichervorrichtung 7 zugeführten Druckmittel angetrieben.
  • In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Ventileinrichtung 16 als Schaltventil ausgebildet. Das erste Schaltventil 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Feder 20 in Richtung der Pumpenbetriebsstellung 16a beaufschlagt und mittels einer Betätigungseinrichtung 21 in Richtung der Motorbetriebsstellung 16b beaufschlagbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Schaltventil 16 elektrisch betätigbar, wobei die Betätigungseinrichtung 21 als elektrische Betätigungseinrichtung M2, beispielsweise Magnet, ausgebildet ist.
  • Die Ventileinrichtung 15 der 1 und 2 weist eine zweite Ventileinrichtung 22 auf, die in der Entladeleitung 12 der Niederdruckspeichervorrichtung 8 angeordnet ist. Die zweite Ventileinrichtung 22 ist in den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen als Zweianschluss-Zweistellungs-Ventil ausgebildet. Die zweite Ventileinrichtung 22 weist eine Pumpenbetriebsstellung 22a auf, in der die Entladeleitung 12 der Niederdruckspeichervorrichtung 8 geöffnet ist, und eine Motorbetriebsstellung 22b auf, in der Entladeleitung 12 der Niederdruckspeichervorrichtung 8 abgesperrt ist.
  • In den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die zweite Ventileinrichtung 22 als Schaltventil ausgebildet. Das zweite Schaltventil 22 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen mittels einer Feder 23 in Richtung der Motorbetriebsstellung 22b beaufschlagt und mittels einer Betätigungseinrichtung 24 in Richtung der Pumpenbetriebsstellung 22a beaufschlagbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Schaltventil 22 elektrisch betätigbar, wobei die Betätigungseinrichtung 24 als elektrische Betätigungseinrichtung M1, beispielsweise Magnet, ausgebildet ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist die Ventileinrichtung 15 von einer einzigen Steuerventileinrichtung 116 gebildet, die an die Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1, an die zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführte Verbindungsleitung 17 und an die zu der Ansaugleitung 10 geführte gemeinsame Entladeleitung 110 der Hochdruckspeichervorrichtung 7 und der Niederdruckspeichervorrichtung 8 sowie an die zu der Niederdruckspeichervorrichtung 8 geführte Verbindungsleitung 18 angeschlossen ist.
  • Die Steuerventileinrichtung 116 weist eine Pumpenbetriebsstellung 116a auf, in der die Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1 mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführten Verbindungsleitung 17 verbunden ist und die gemeinsame Entladeleitung 110 mit der zur Niederdruckspeichervorrichtung geführten Verbindungsleitung 18 verbunden ist. Die Steuerventileinrichtung 116 weist weiterhin eine Motorbetriebsstellung 116b auf, in der die zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführte Verbindungsleitung 17 mit der gemeinsamen Entladeleitung 110 verbunden ist und die Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1 mit der zu der Niederdruckspeichervorrichtung 8 geführten Verbindungsleitung 18 verbunden ist. Die Steuerventileinrichtung 116 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel elektrisch betätigbar und mittels einer Betätigungseinrichtung 21 in Richtung der Motorbetriebsstellung 116b und mittels einer Betätigungseinrichtung 24 in Richtung der Pumpenbetriebsstellung 116a beaufschlagbar. Die Betätigungseinrichtung 21 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrische Betätigungseinrichtung M2, beispielsweise Magnet, ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Betätigungseinrichtung 24 als elektrische Betätigungseinrichtung M1, beispielsweise Magnet, ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinheit H der 1 bis 3 ist mit einer Ladeeinrichtung 30 versehen, die ein Laden der Niederdruckspeichervorrichtung 8 durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 mit Druckmittel aus dem Behälter 5 ermöglicht. Hierzu steht die Ansaugleitung 10 der Verdrängermaschine 1 über das Sperrventil 13 mit dem Behälter 5 in Verbindung, um zum Laden der Niederdruckspeichervorrichtung 8 im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 an der Saugseite S Druckmittel aus dem Behälter 5 ansaugen zu können. Die Ladeeinrichtung 30 weist weiterhin eine Ladeleitung 31 auf, die von der Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1 zu der Niederdruckspeichervorrichtung 8 geführt ist. In der Ladeleitung 31 ist ein Ladeventil 32 angeordnet, das eine Sperrstellung 32a und eine Durchflussstellung 32b aufweist.
  • In dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Ladeventil 32 als Schaltventil ausgebildet. Das Ladeventil 32 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen mittels einer Feder 33 in Richtung der Sperrstellung 32a beaufschlagt und mittels einer Betätigungseinrichtung 34 in Richtung der Durchflussstellung 32b beaufschlagbar. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Ladeventil 32 elektrisch betätigbar, wobei die Betätigungseinrichtung 34 als elektrische Betätigungseinrichtung M0, beispielsweise Magnet, ausgebildet ist.
  • Die Ventileinrichtungen 16, 22 bzw. die Steuerventileinrichtung 116 und das Ladeventil 32 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen elektrisch betätigbar und stehen zur Betätigung mit einer elektronischen Steuereinrichtung 35 in Verbindung. Die elektronischen Steuereinrichtung 35 steht eingangsseitig mit einer den Speicherdruck der Hochdruckspeichervorrichtung 7 erfassenden Sensoreinrichtung 36 und einer den Speicherdruck der Niederdruckspeichervorrichtung 8 erfassenden Sensoreinrichtung 37 in Verbindung.
  • Der Hochdruckspeichervorrichtung 7 ist ein Druckbegrenzungsventil 41 zugeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sichert das Druckbegrenzungsventil 41 die Hochdruckspeichervorrichtung 7 zur Niederdruckspeichervorrichtung 8 ab. Das Druckbegrenzungsventil 41 kann hierzu in einer Verbindungsleitung 42 angeordnet werden, die von der Ladeleitung 31, die über die Förderleitung 6 und die in der Pumpenbetriebsstellung 16a befindliche Ventileinrichtung 16 bzw. in der Pumpenbetriebsstellung 116a befindliche Steuerventileinrichtung 116 mit der Verbindungsleitung 17 in Verbindung steht, zu der mit der Niederdruckspeichervorrichtung 8 in Verbindung stehenden Verbindungsleitung 18 geführt ist.
  • Weiterhin ist der Niederdruckspeichervorrichtung 8 ein Druckbegrenzungsventil 43 zugeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sichert das Druckbegrenzungsventil 43 die Niederdruckspeichervorrichtung 8 zum Behälter 5 ab. Das Druckbegrenzungsventil 43 kann hierzu in einer Verbindungsleitung 44 angeordnet werden, die von einer Leitung 45, die mit der Niederdruckspeichervorrichtung 8 in Verbindung steht, zu dem Behälter 5 geführt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsleitung 44 an die Ansaugleitung 10 angeschlossen, wobei der Anschluss der Verbindungsleitung 44 an die Ansaugleitung 10 zwischen dem Behälter 5 und dem Sperrventil 13 angeordnet ist.
  • Weiterhin ist die Hochdruckspeichervorrichtung 7 mittels eines Entlastungsventils 50 zu der Niederdruckspeichervorrichtung 8 entlastbar und die Niederdruckspeichervorrichtung 8 mittels eines Entlastungsventils 51 zu dem Behälter 5 entlastbar.
  • In den 1 bis 3 ist die Verdrängermaschine 1 als im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk ausgebildet. Die Verdrängermaschine 1 ist einseitig verstellbar, wobei eine Verdrängervolumenstelleinrichtung 1a der Verdrängermaschine 1, beispielsweise eine in der Neigung verstellbare Schrägscheibe bei der Ausführung der Verdrängermaschine 1 als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen, in eine Stellrichtung in Richtung eines maximalen Verdrängervolumens verstellbar ist. Die Stellung mit minimalem Verdrängervolumen ist von einem Anschlag 1b definiert, bei dem die Verdrängermaschine 1 im Pumpenbetrieb einen definierten minimalen Förderstrom liefert.
  • Die Verdrängervolumenstelleinrichtung 1a ist mittels einer hydraulischen Stelleinrichtung 1d verstellbar. Die Stelleinrichtung 1d steht in dem Ausführungsbeispiel der 1 zur Versorgung mit Druckmittel mit der Niederdruckspeichervorrichtung 8 in Verbindung. Die Stelleinrichtung 1d kann hierzu eingangsseitig an die Leitung 45, die mit der Niederdruckspeichervorrichtung 8 in Verbindung steht, angeschlossen sein. Ausgangseitig steht die Stelleinrichtung 1d über eine Ablaufleitung 60 mit dem Behälter 5 in Verbindung.
  • Die Verdrängermaschine 1 ist elektro-hydraulisch, insbesondere elektro-proportional, im Verdrängervolumen steuerbar. Hierzu ist die hydraulischen Stelleinrichtung 1d der Verdrängermaschine 1 auf nicht mehr dargestellte Weise elektrisch ansteuerbar und steht zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 35 in Verbindung steht.
  • Mit der erfindungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung H erfolgt bevorzugt bei einem Fahrzeug im Bremsbetrieb eines Verbrauchers eine Energierückgewinnung durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1, in dem die Hochdruckspeichervorrichtung 7 aufgeladen wird. Das von der im Pumpenbetrieb betriebenen Verdrängermaschine 1 aufzunehmende Drehmoment kann hierbei über das Verdrängervolumen der stufenlos im Verdrängervolumen verstellbaren Verdrängermaschine 1 und des aktuell in der Hochdruckspeichervorrichtung 7 anstehenden Speicherladedruckes PH beliebig eingestellt werden.
  • Um in einem Betriebszustand, in dem der aktuelle Speicherladedruck PH der Hochdruckspeichervorrichtung 7 nicht ausreicht, um ein ausreichendes Bremsmoment aufzubauen, ist die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung H mit einer Bremsmomenterzeugungseinrichtung 65 versehen, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 ein an der Verdrängermaschine 1 anstehendes Bremsmoment erzeugt.
  • In der 1 ist die Bremsmomenterzeugungseinrichtung 65 von einem Retarderventil R gebildet, das im Zulauf der Hochdruckspeichervorrichtung 7 angeordnet ist. In der 1 ist hierzu das Retarderventil R in der zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführten Verbindungsleitung 17 angeordnet. Das Retarderventil R ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrisch im Einstelldruck einstellbares Druckventil ausgebildet, das zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 35 in Verbindung steht. Das Retarderventil R ermöglicht es, den Druck im Zulauf der Hochdruckspeichervorrichtung 7 entsprechend der gewünschten Bremsleistung einzustellen. Um einen verlustfreien Entladebetrieb der Hochdruckspeichervorrichtung 7 zu erzielen, ist in einer das Retarderventil R umgehenden Umgehungsleitung 66 ein Umgehungsventil 67 angeordnet. Das Umgehungsventil 67 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als in Strömungsrichtung von der Hochdruckspeichervorrichtung 7 zu der ersten Ventileinrichtung 16 öffnendes Rückschlagventil, beispielsweise federbelastetes Rückschlagventil, ausgebildet.
  • Die 2 unterscheidet sich von der 1 hinsichtlich der Ausführung der ersten Ventileinrichtung 16 und der Bremsmomenterzeugungseinrichtung 65.
  • Die 3 unterscheidet sich von der 1 hinsichtlich der Ausführung der Ventileinrichtung 15 und der Bremsmomenterzeugungseinrichtung 65.
  • In der 2 ist die erste Ventileinrichtung 16 als Vieranschluss-Dreistellungs-Ventil ausgebildet, das zusätzlich zu der Pumpenbetriebsstellung 16a und der Motorbetriebsstellung 16b eine zusätzliche Steuerstellung 16c aufweist, in der die Verbindung der Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1 mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführten Verbindungsleitung 17 drosselbar ist.
  • In der 3 ist die Steuerventileinrichtung 116 als Vieranschluss-Dreistellungs-Ventil ausgebildet, das zusätzlich zu der Pumpenbetriebsstellung 116a und der Motorbetriebsstellung 116b eine zusätzliche Steuerstellung 116c aufweist, in der die Verbindung der Förderleitung 6 der Verdrängermaschine 1 mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführten Verbindungsleitung 17 drosselbar ist.
  • Die Bremsmomenterzeugungseinrichtung 65 ist somit von der zusätzliche Steuerstellung 16c der ersten Ventileinrichtung 16 bzw. der zusätzliche Steuerstellung 116c der Steuerventileinrichtung 116 gebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zusätzliche Steuerstellung 16c bzw. 116c als Neutralstellung ausgebildet, in die die Ventileinrichtung 16 bzw. die Steuerventileinrichtung 116 von Federn 20 beaufschlagt ist. In der 2 ist die Betätigungseinrichtung 21 ist von zwei elektrischen Betätigungseinrichtungen M2, beispielsweise Magneten, gebildet.
  • Die Ventileinrichtung 16 der 2 bzw. die Steuerventileinrichtung 116 der 3 ist als in Zwischenstellungen drosselndes Wegeventil, beispielsweise Proportionalventil, ausgebildet.
  • Es versteht sich, dass bei der 3 alternativ die Steuerventileinrichtung 116 nur mit der Pumpenbetriebsstellung 116a und der Motorbetriebsstellung 116b versehen sein kann und beispielsweise als Schaltventil ausgebildet sein kann, wenn die Bremsmomenterzeugungseinrichtung 65 analog zu der 1 von einem Retarderventil R in der zu der Hochdruckspeichervorrichtung 7 geführten Verbindungsleitung 17 ausgebildet ist.
  • Die 2 und 3 unterscheiden sich von der 1 weiterhin hinsichtlich der Versorgung der der Stelleinrichtung 1d der Verdrängermaschine 1 mit Druckmittel.
  • In den 2 und 3 ist die Stelleinrichtung 1d der Verdrängermaschine 1 zur Versorgung mit Druckmittel an die Hochdruckspeichervorrichtung 7 angeschlossen. Die Stelleinrichtung 1d ist hierzu eingangsseitig an eine Leitung 70 angeschlossen, die mit der Hochdruckspeichervorrichtung 7 in Verbindung steht. In der Leitung 70 ist zur Verringerung des in der Hochdruckspeichervorrichtung 7 anstehenden Druckniveaus auf das Druckniveau der Stelleinrichtung 1d der Verdrängermaschine 1 ein Druckminderventil 71 angeordnet.
  • In den in der 2 und der 3 dargestellten Ausführungsbeispielen steht die Stelleinrichtung 1d der Verdrängermaschine 1 zur Versorgung mit Druckmittel zusätzlich mit der Niederdruckspeichervorrichtung 8 in Verbindung. Die Leitung 70 ist hierzu an die Leitung 45 angeschlossen, wobei stromauf des Anschlusses der Leitung 70 an die Leitung 45 ein in Richtung zur Niederdruckspeichervorrichtung 8 sperrendes Sperrventil 72, beispielsweise ein Rückschlagventil, in der Leitung 45 angeordnet ist.
  • Um das in der Hybridantriebseinheit H der 1 bis 3 befindliche Druckmittel vor Verschmutzungen durch Partikel zu schützen, ist der Ansaugleitung 10 ein Filter 75 und der Stelleinrichtung 1d der Verdrängermaschine 1 ein Filter 76 zugeordnet.
  • Die Verdrängermaschine 1 der Hybridantriebseinrichtung H der 1 bis 3 ist mittels der Triebwelle 2 mit einem nicht näher dargestellten Antriebsstrang trieblich verbunden bzw. trieblich verbindbar, um einen hybriden Antriebsstrang in Form eines parallelen Hybrid zu bilden.
  • Im normalen Betrieb ohne Energierückgewinnung durch die Hybridantriebseinrichtung H, beispielsweise einem normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs, wobei die Funktion der Hybridantriebseinrichtung H durch einen ausreichenden Ladezustand der Niederdruckspeichervorrichtung 8 mit Druckmittel gesichert ist, ist die Kupplungseinrichtung K geöffnet, so dass die Verdrängermaschine 1 von dem Antriebsstrang trieblich getrennt ist. Die mechanischen Verluste der Verdrängermaschine 1 setzten somit nicht den Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstranges herab. Zweckmäßigerweise sind die Ventileinrichtungen 16, 22, 116 und das Ladeventil 32 nicht angesteuert und befinden sich in den in den 1 bis 3 dargestellten Stellungen. Die Verdrängermaschine 1 ist zweckmäßigerweise auf das minimale Verdrängervolumen eingestellt. In der elektronischen Steuereinrichtung 35 ist hierzu ein Normalbetriebsmodus hinterlegt.
  • Zum Initialisieren der Hybridantriebseinrichtung H bzw. zum Auf- bzw. Nachladen der Niederdruckspeichervorrichtung 8 mit Druckmittel aus dem Behälter 5 wird die Kupplungseinrichtung K in eine Schließstellung beaufschlagt, um die Verdrängermaschine 1 mit dem Antriebsstrang trieblich zu verbinden, und das Ladeventil 32 durch Ansteuerung der Betätigungseinrichtung M0 in die Durchflusssstellung 32b beaufschlagt. Das Aufladen der Niederdruckspeichervorrichtung 8 kann von der elektronischen Steuereinrichtung anhand der Sensoreinrichtungen 36, 37 und des mit den Sensoreinrichtungen 36, 37 ermittelbaren Ladezustand der Speichervorrichtungen 7, 8 erkannt und gesteuert werden. Die Ventileinrichtungen 16, 22 bzw. die Steuerventileinrichtung 116 sind nicht angesteuert und befinden sich in den in den 1 bis 3 dargestellten Schaltstellungen. Die von dem Antriebsstrang angetrieben Verdrängermaschine 1 arbeitet somit im Pumpenbetrieb, in dem Druckmittel über das sich öffnende Sperrventil 13 aus dem Behälter 5 angesaugt wird und über die Förderleitung 6, die Ladeleitung 31 und das in der Durchflussstellung 32b befindliche Ladeventil 32 in die Niederdruckspeichervorrichtung 8 fördert. Die Verdrängermaschine 1 kann zum Initialisieren der Hybridantriebseinrichtung H bzw. zum Aufladen der Niederdruckspeichervorrichtung 8 in die Stellung mit minimalem Verdrängervolumen beaufschlagt sein oder von der elektronischen Steuereinrichtung 35 durch Ansteuerung der Stelleinrichtung 1d im Verdrängervolumen gesteuert werden. In der elektronischen Steuereinrichtung 35 ist hierzu ein Initialisierungsmodus hinterlegt, in dem die elektronische Steuereinrichtung 35 anhand der Sensoreinrichtungen 36, 37 einen zu geringen Ladezustand der Speichervorrichtungen 7, 8 zum Starten des Initialisierungsmodus und einen ausreichenden Ladezustand der Speichervorrichtungen 7, 8 zum Beenden des Initialisierungsmodus erkennt.
  • Zum Laden der Hochdruckspeichervorrichtung 7 mit Druckmittel aus der Niederdruckspeichervorrichtung 8 während einer Energierückgewinnung durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 wird die Kupplungseinrichtung K in eine Schließstellung beaufschlagt, um die Verdrängermaschine 1 mit dem Antriebsstrang trieblich zu verbinden. In den 1, 2 wird die zweite Ventileinrichtung 22 durch Ansteuerung der Betätigungseinrichtung M1 in die Pumpenbetriebsstellung 22a beaufschlagt. In der 1 ist die erste Ventileinrichtung 16 nicht angesteuert und befindet sich in der Pumpenbetriebsstellung 16a. In der 2 wird durch entsprechende Ansteuerung der Betätigungseinrichtung M2 die erste Ventileinrichtung 16 in Richtung der Pumpenbetriebsstellung 16a beaufschlagt. In der 3 wird die Steuerventileinrichtung 116 durch Ansteuerung der Betätigungseinrichtung M1 die Steuerventileinrichtung 116 in Richtung der Pumpenbetriebsstellung 116a beaufschlagt. Das Ladeventil 32 der 1 bis 3 ist nicht angesteuert und befindet sich in der Sperrstellung 32a. Der Verdrängermaschine 1 wird somit an der Saugseite S Druckmittel aus der Niederdruckspeichervorrichtung 8 über das in die Pumpenbetriebsstellung 22a betätigte Ventileinrichtung 22 bzw. über die in die Pumpenbetriebsstellung 116a betätigte Steuerventileinrichtung 116 zugeführt. Das Sperrventil 13 verhindert ein Abströmen von Druckmittel aus der Niederdruckspeichervorrichtung 8 in den Behälter 5. Die Verdrängermaschine 1 fördert über die Förderseite F und über die in der Pumpenbetriebsstellung 16a befindliche Ventileinrichtung 16 bzw. über die in der Pumpenbetriebsstellung 116a befindliche Steuerventileinrichtung 116 Druckmittel in die Hochdruckspeichervorrichtung 7. Im Pumpenbetrieb ist die Verdrängermaschine 1 durch Ansteuerung der Stelleinrichtung 1d von der elektronischen Steuereinrichtung 35 im Verdrängervolumen gesteuert. Das Laden der Hochdruckspeichervorrichtung 7 durch den Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 kann hierbei in Betriebszuständen erfolgen, in denen ein Antriebsmotor des Antriebsstranges überschüssige Energie liefert, so dass das Laden und unter Druck Setzen der Hochdruckspeichervorrichtung 7 mit überschüssiger Energie erfolgt, die in bestimmten Betriebszuständen primärseitig an dem Antriebsmotor des Antriebsstranges anfällt. Alternativ oder zusätzlich kann das Laden der Hochdruckspeichervorrichtung 7 durch den Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 in einem Bremsbetrieb eines Verbrauchers des Antriebsstranges erfolgen, so dass die Hochdruckspeichervorrichtung 1 durch die Bremsenergie aufgeladen wird und eine Energierückgewinnung stattfindet. Bei einer Ausbildung des Verbrauchers als Fahrantrieb eines Fahrzeugs wird somit im Bremsbetrieb beim Verzögern der Fahrzeugmasse die Hochdruckspeichervorrichtung 7 mit Druckmittel unter Druck geladen.
  • Im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 kann das von der Verdrängermaschine 1 aufgenommene Drehmoment über das stufenlos verstellbare Verdrängervolumen der Verdrängermaschine 1 entsprechend dem aktuellen Speicherladedruck der Hochdruckspeichervorrichtung 7 von der elektronischen Steuereinrichtung 35 beliebig eingestellt werden. Sofern beim Abbremsen des Fahrzeugs der aktuelle Speicherladedruck der Hochdruckspeichervorrichtung 7 nicht ausreichend ist, um ein ausreichend hohes Bremsmoment durch den Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 aufzubauen, kann durch Ansteuerung des Retarderventils R der 1 bzw. durch Ansteuerung der Ventileinrichtung 16 in Richtung der zusätzlichen Steuerstellung 16c der 2 bzw. durch Ansteuerung der Steuerventileinrichtung 116 in Richtung der zusätzlichen Steuerstellung 116c der 3 der Druck im Zulauf der Hochdruckspeichervorrichtung 7 entsprechend einer gewünschten Bremsleistung eingestellt und angehoben werden.
  • In der elektronischen Steuereinrichtung 35 ist hierzu ein Hochdruckspeicherlademodus hinterlegt, der Strategien zum Laden der Hochdruckspeichervorrichtung 7 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Antriebsstranges bzw. des Fahrzeugs bietet. Die elektronische Steuereinrichtung 35 kann beispielsweise anhand entsprechender Eingangsgrößen Betriebszustände erfassen, in denen der Antriebsmotor überschüssige Energie liefert bzw. ein Bremsbetrieb des Verbrauchers erfolgt.
  • Sofern eine ausreichend geladene Hochdruckspeichervorrichtung 7 mittels der Sensoreinrichtung 36 von der elektronischen Steuereinrichtung 35 erkannt wird, kann die in der Hochdruckspeichervorrichtung 7 gespeicherte Energie durch einen Motorbetrieb der Verdrängungsmaschine 1 an den Antriebsstrang abgegeben werden. Im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 wird der Verdrängermaschine 1 unter Druck stehendes Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 7 an der Saugseite S zugeführt, so dass die Verdrängungsmaschine 1 von dem Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 7 angetrieben wird und über die Triebwelle 2 ein Drehmoment an den Antriebsstrang abgibt.
  • Im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 wird die Kupplungseinrichtung K in eine Schließstellung beaufschlagt, um die Verdrängermaschine 1 mit dem Antriebsstrang trieblich zu verbinden. In den 1 und 2 wir die erste Ventileinrichtung 16 durch Ansteuerung der Betätigungseinrichtung M2 in die Motorbetriebsstellung 16b beaufschlagt. In der 3 wird die Steuerventileinrichtung 116 durch Ansteuerung der Betätigungseinrichtung M2 in die Motorbetriebsstellung 116b beaufschlagt. Das Ladeventil 32 der 1 bis 3 ist nicht angesteuert und befindet sich in der Sperrstellung 32a. Ebenfalls ist in den 1 und 2 die zweite Ventileinrichtung 22 nicht angesteuert und befindet sich in der Motorbetriebsstellung 22b. Der Verdrängermaschine 1 wird somit an der Saugseite S Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 7 über die in die Motorbetriebsstellung 16b betätigte Ventileinrichtung 16 bzw. über die in die Motorbetriebsstellung 116b betätigte Steuerventileinrichtung 116 zugeführt. Das Sperrventil 13 verhindert ein Abströmen von Druckmittel aus der Hochdruckspeichervorrichtung 7 in den Behälter 5. Die Verdrängermaschine 1 fördert über die Förderseite F und über die in die Motorbetriebsstellung 16b befindliche Ventileinrichtung 16 bzw. über die in der Motorbetriebsstellung 116b befindliche Steuerventileinrichtung 116 Druckmittel in die Niederdruckspeichervorrichtung 8. Im Motorbetrieb ist die Verdrängermaschine 1 durch Ansteuerung der Stelleinrichtung 1d von der elektronischen Steuereinrichtung 35 im Verdrängervolumen gesteuert.
  • Im Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 kann das von der Verdrängermaschine 1 an den Antriebsstrang abgegebene Drehmoment über das stufenlos verstellbare Verdrängervolumen der Verdrängermaschine 1 entsprechend dem aktuellen Speicherladedruck der Hochdruckspeichervorrichtung 7 von der elektronischen Steuereinrichtung 35 beliebig eingestellt werden.
  • Durch den Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 kann bei laufendem Antriebsmotor ein den Antriebsmotor unterstützendes Drehmoment in den Antriebsstrang abgegeben werden, um eine Boostfunktion zu erzielen, beispielsweise beim Beschleunigen oder einem stationären Fahrzustand des Fahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich kann durch den Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 ein hydraulischer Starter für einen Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors des Antriebsstranges gebildet werden, der den abgestellten Antriebsmotor 1 innerhalb einer kurzen Zeitspanne starten kann. Für die Funktion als hydraulischer Starter muss lediglich sichergestellt werden, dass die Hochdruckspeichervorrichtung 7 vor dem Abstellen des Antriebsmotors einen zum erneuten Starten des Antriebsmotors ausreichenden Ladezustand aufweist.
  • In der elektronischen Steuereinrichtung 35 ist hierzu ein Hochdruckspeicherentlademodus hinterlegt, der Strategien zum Entladen der Hochdruckspeichervorrichtung 7 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Antriebsstranges bzw. des Fahrzeugs bietet.
  • Die 5 zeigt ein Ablaufdiagramm der Betriebsmodi der erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung H, die von der elektronischen Steuereinrichtung 35 durchgeführt wird.
  • Beim Einschalten des Fahrzeugs, beispielsweise mittels eines Schlüsselschalters 90, geht die Hybridantriebseinrichtung H in den Normalbetriebsmodus 100.
  • Wird von der elektronischen Steuereinrichtung 35 ein zu geringer Ladezustand der Niederdruckspeichervorrichtung 8 ermittelt, wird von der elektronischen Steuereinrichtung 35 der Initialisierungsmodus 101 eingeleitet, wie durch den Pfeil 102 verdeutlicht ist. Ist die Niederdruckspeichervorrichtung 8 durch den Initialisierungsmodus 101 ausreichend mit Druckmittel aufgeladen, geht die elektronischen Steuereinrichtung 35 zurück in den Normalbetriebsmodus 100, wie durch den Pfeil 103 verdeutlicht ist.
  • Wird von der elektronischen Steuereinrichtung 35 ein Bremsbetrieb eines Verbrauchers V des Antriebsstranges erkannt oder soll die Hochdruckspeichervorrichtung 7 für einen späteren Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 mit Druckmittel aufgeladen werden, geht die elektronische Steuereinrichtung 35 in den Hochdruckspeicherlademodus 104, wie durch den Pfeil 105 verdeutlicht ist. Sofern die Hochdruckspeichervorrichtung 7 in dem Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 während des Hochdruckspeicherlademodus 104 vollständig geladen ist oder sich der Betriebszustand des Fahrzeugs ändert, wird von der Steuereinrichtung 35 der Hochdruckspeicherlademodus 104 beendet und die Hybridantriebseinrichtung H geht zurück in den Normalbetriebsmodus 100, wie durch den Pfeil 106 verdeutlicht ist.
  • Soll ein abgestellter Verbrennungsmotor AM des Antriebsstranges mittels der Verdrängermaschine 1 gestartet werden oder durch einen Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 ein Boosterantrieb zur Unterstützung des laufenden Verbrennungsmotors AM erzielt werden, beispielsweise beim Beschleunigen des Verbrauchers, geht die elektronischen Steuereinrichtung 35 in den Hochdruckspeicherentlademodus 107, wie durch den Pfeil 108 verdeutlicht ist. Sofern die Hochdruckspeichervorrichtung 7 durch den Motorbetrieb der Verdrängermaschine 1 während des Hochdruckspeicherentlademodus 107 vollständig entladen ist oder sich der Betriebszustand des Fahrzeugs ändert, wird von der Steuereinrichtung 35 der Hochdruckspeicherentlademodus 107 beendet und die Hybridantriebseinrichtung geht zurück in den Normalbetriebsmodus 100, wie durch den Pfeil 109 verdeutlicht ist.
  • Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung H ermöglicht eine kompakten, einfachen sowie kostengünstigen Aufbau.
  • Zudem stellt die Erfindung ein robuste und funktionssicher arbeitende hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H zur Verfügung, wodurch sich besondere Vorteile im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion des Antriebsmotors des Antriebsstranges ergeben, bei denen aufgrund einer hohen Anzahl von Startvorgängen eine robuste und funktionssichere Ausführung des Starters des Antriebsmotors erforderlich ist.
  • Durch die Ausführung der Verdrängermaschine 1 als im offenen Kreislauf betriebene Verdrängermaschine, die bei gleicher Drehrichtung der Triebwelle 2 und gleicher Durchflusssrichtung des Druckmittels sowohl als Pumpe als auch als Motor arbeiten kann, ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Verdrängermaschine 1. Bei der Ausführung der Verdrängermaschine 1 als im Verdrängervolumen verstellbares Verstelltriebwerk werden hierdurch besondere Vorteile hinsichtlich eines einfachen, kompakten und kostengünstigen Aufbaus erzielt, da lediglich ein einseitig verstellbares Verstelltriebwerk erforderlich ist, deren Verstellung der Verdrängervolumenstelleinrichtung einfach und kompakt aufgebaut ist, so dass sich ein kostengünstiger und kompakter Aufbau der als Verstelltriebwerk ausgeführten Verdrängermaschine ergibt.
  • Durch die Verwendung von drei Druckmittelbehältern auf unterschiedlichen Druckniveaus, nämlich der Hochdruckspeichervorrichtung 7, der Niederdruckspeichervorrichtung 8 und dem drucklosen bzw. auf einen geringen Druck vorgespannten Behälter 5 wird ermöglicht, dass durch die Verbindung des Gehäuseinnenraums der Verdrängermaschine 1 mit dem Behälter 5, der als nicht-vorgespannter bzw. geringfügig vorgespannter Tank ausgebildet ist und mit der Umgebung in Verbindung steht, die Dichtungseinrichtung zur Abdichtung des Gehäuseinnenraums gegenüber der Umgebung im Bereich der Triebwelle 2 einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann und kein druckfester und verschleißbehafteter Radialwellendichtring erforderlich ist. Im Pumpenbetrieb weist die Verdrängermaschine 1 durch die saugseitige Verbindung mit der vorgespannten Niederdruckspeichervorrichtung 8 eine hohe Saugfähigkeit auf, die eine hohe Leistung der Hybridantriebseinrichtung ermöglicht.
  • Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H der 1 bis 3 ermöglicht aufgrund der kompakten und einfachen Bauweise beliebige Einbaumöglichkeiten in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, die in den 4a bis 4e verdeutlicht sind. In den 4a bis 4e ist die hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H vereinfacht dargestellt, wobei lediglich die Verdrängermaschine 1 und die Hochdruckspeichervorrichtung 7 dargestellt sind.
  • In den 4a bis 4e ist der Antriebsstrang A eines Fahrzeugs dargestellt, der einen Antriebsmotor AM, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, und einem von dem Antriebsmotor AM angetrieben Verbraucher V umfasst. In den 4a bis 4e ist durch Integration der erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebseinrichtung H ein Parallelhybrid gebildet, bei dem die Hybridantriebseinrichtung H zusätzlich zu dem Antriebsmotor AM als Energiequelle auf den Antriebsstrang A wirkt. Als Antriebsmotor AM kann alternativ ein Elektromotor oder eine Turbine vorgesehen werden.
  • In den 4a bis 4e ist der Verbraucher V des Fahrzeugs als Fahrantrieb ausgebildet, der eine von einem Getriebe G angetriebene Antriebsachse AA mit zumindest zwei angetriebenen Antriebsrädern A1, A2 umfasst. Die Antriebsachse AA ist als Differentialachse ausgebildet, wobei eine Antriebswelle AW des Antriebsstranges A ein Differential D der Antriebsachse AA antreibt und das Differential D über Triebwellen TW1, TW2 mit den angetrieben Rädern A1, A2 verbunden ist.
  • Das in den 4a bis 4e dargestellte Getriebe G kann als stufenloses hydrostatisches oder stufenloses mechanisches Getriebe, als mechanisches Schaltgetriebe, als Lastschaltgetriebe oder als hydrodynamischer Wandler ausgebildet sein.
  • In den 4a bis 4c ist die Hybridantriebseinrichtung H im Antriebsstrang A im direkten Durchtrieb angeordnet. Hierbei erfolgt an der Verdrängermaschine 1 ein Durchtrieb, so dass die Triebwelle 2 der Verdrängermaschine 1 einen Bestandteil der Antriebswelle AW des Antriebsstranges A bildet.
  • In der 4a ist die Hybridantriebseinrichtung H im Antriebsstrang A zwischen dem Antriebsmotor AM und dem Getriebe G angeordnet. Die Antriebswelle AW des Antriebsstranges A ist zwischen der Hybridantriebseinrichtung H und dem Getriebe G mit der Kupplungseinrichtung K versehen.
  • Die 4b zeigt eine Weiterbildung der 4a, wobei an der Antriebswelle AW des Antriebsstranges A zwischen dem Antriebsmotor AM und der Hybridantriebseinrichtung H die Kupplungseinrichtung K angeordnet ist und eine weitere Kupplungseinrichtung K1 zwischen der Hybridantriebseinrichtung H und dem Getriebe G angeordnet ist.
  • In der 4c ist die Hybridantriebseinrichtung H im Antriebsstrang A zwischen dem Getriebe G und dem Verbraucher V angeordnet. Die Antriebswelle AW des Antriebsstranges A ist zwischen dem Getriebe G und der Hybridantriebseinrichtung H mit der Kupplungseinrichtung K versehen.
  • In der 4d ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Fahrzeug neben der Antriebsachse AA, die über den Antriebsstrang A von dem Antriebsmotor AM angetrieben ist, eine Zusatzachse ZA aufweist, wobei die Hybridantriebseinrichtung H mit der Zusatzachse ZA des Fahrzeugs trieblich verbunden ist. Die Zusatzachse ZA ist als Differentialachse ausgebildet, wobei die Verdrängermaschine 1 der Hybridantriebseinrichtung H mittels der Triebwelle 2 ein Differential DZ der Zusatzachse ZA antreibt und das Differential DZ über Triebwellen TW3, TW4 mit den Rädern A3, A4 der Zusatzachse ZA verbunden ist. Im Kraftfluss zwischen der Verdrängermaschine 1 der Hybridantriebseinrichtung H und der Zusatzachse ZA ist die Kupplungseinrichtung K angeordnet.
  • In der 4e ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Hybridantriebseinrichtung H über ein Verlagerungsgetriebe VG mit dem Antriebsstrang A verbunden ist. Das Verlagerungsgetriebe VG ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Stirnradgetriebe ausgebildet, das ein mit der Antriebwelle AW in Verbindung stehendes Stirnrad S1 und ein mit dem Stirnrad S1 kämmendes Stirnrad S2 umfasst, das mit der Triebwelle 2 der Verdrängermaschine 1 verbunden ist. Durch das Verlagerungsgetriebe VG wird es ermöglicht, die Verdrängermaschine 1 mit der Triebwelle 2 parallel beabstandet zur Antriebswelle AW des Antriebsstranges A anzuordnen. In der 4e ist weiterhin die Kupplungseinrichtung K vorgesehen, mittels der die Hybridantriebseinrichtung H mit dem Antriebsstrang A verbindbar bzw. von dem Antriebsstrang A trennbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplungseinrichtung K zwischen der Antriebwelle AW des Antriebsstranges A und dem Stirnrad S1 des Verlagerungsgetriebes VG angeordnet.
  • In der 4e ist die Hybridantriebseinrichtung H in dem Antriebsstrang A zwischen dem Antriebsmotor AM und einer weiteren Kupplungseinrichtung K1 integriert, die zwischen Antriebsmotor AM und Getriebe G angeordnet ist. Die Hybridantriebseinrichtung H ist somit im Antriebsstrang A zwischen dem Antriebsmotor AM und dem den Verbraucher V antreibenden Getriebe G gemäß der 4a angeordnet. Es versteht sich, dass die Anbindung der Hybridantriebseinrichtung H an den Antriebsstrang A mittels des Verlagerungsgetriebes VG analog bei den Varianten 4b bis 4d eingesetzt werden kann.
  • Wie aus den 4a bis 4e verdeutlicht ist, kann die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H aufgrund der kompakten und einfachen Bauweise auf einfache Weise an einer beliebigen Stelle in einem Antriebsstrang als weitere Energiequelle eingebaut werden, um einen Parallelhybrid zu bilden. Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H kann daher auf einfache Weise an unterschiedliche Antriebsstränge und unterschiedliche Fahrzeuge angepasst werden. Die erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantriebseinrichtung H ist mit unterschiedlichen Getrieben G kombinierbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/071362 A1 [0008, 0008]

Claims (46)

  1. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung (H) für einen hybriden Antriebsstrang (A), insbesondere eines Fahrzeugs, wobei die Hybridantriebseinrichtung (H) eine hydrostatische Verdrängermaschine (1) aufweist, die eine Triebwelle (2) aufweist, die aus einem Gehäuse (3) der Verdrängermaschine (1) herausgeführt ist und ein Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine (1) im Bereich der Triebwelle (2) mittels einer Dichtungseinrichtung zur Umgebung abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantriebseinrichtung (H) eine Hochdruckspeichervorrichtung (7) und eine Niederdruckspeichervorrichtung (8) umfasst, wobei die Vorspannung (PH) der Hochdruckspeichervorrichtung (7) höher als die Vorspannung (PN) der Niederdruckspeichervorrichtung (8) ist, und der Gehäuseinnenraum der Verdrängermaschine (1) mit einem Behälter (5) in Verbindung steht, wobei die Vorspannung (PN) der Niederdruckspeichervorrichtung (8) höher als das Druckniveau des Behälters (5) ist.
  2. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) als nicht-vorgespannter Behälter ausgebildet ist, der mit der Umgebung in Verbindung steht, oder als vorgespannter Behälter ausgebildet ist.
  3. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckspeichervorrichtung (7) als vorgespannter Druckspeicher (7a), insbesondere Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet ist.
  4. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckspeichervorrichtung (8) als vorgespannter Druckspeicher (8b), insbesondere vorgespannter Behälter, Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher, ausgebildet ist.
  5. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckspeichervorrichtung (7) und die Niederdruckspeichervorrichtung (8) als Doppelkolbenspeicher ausgebildet ist.
  6. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) im offenen Kreislauf betrieben ist und bei gleicher Drehrichtung sowie gleicher Durchflussrichtung eines Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist, wobei an eine auslassseitige Förderseite (F) der Verdrängermaschine (1) eine Förderleitung (6) angeschlossen ist, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine (1) mit der Hochdruckspeichervorrichtung (7) und im Motorbetrieb der Verdrängermaschine (1) mit der Niederdruckspeichervorrichtung (8) verbunden ist, und wobei an eine einlassseitige Saugseite (S) der Verdrängermaschine (1) eine Ansaugleitung (10) angeschlossen ist, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine (1) mit der Niederdruckspeichervorrichtung (8) und im Motorbetrieb der Verdrängermaschine (1) mit der Hochdruckspeichervorrichtung (7) verbunden ist, wobei zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine (1) eine Ventileinrichtung (15) vorgesehen ist.
  7. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladeeinrichtung (30) vorgesehen ist, die ein Laden der Niederdruckspeichervorrichtung (8) durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine (1) mit Druckmittel aus dem Behälter (5) ermöglicht.
  8. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (10) der Verdrängermaschine (1) mit dem Behälter (5) in Verbindung steht, wobei an die Ansaugleitung (10) zumindest eine Entladeleitung (11, 12;) der Hochdruckspeichervorrichtung (7) und der Niederdruckspeichervorrichtung (8) angeschlossen ist, wobei die Ladeeinrichtung (30) ein Sperrventil (13) aufweist, das in der Ansaugleitung (10) zwischen dem Anschluss der zumindest einen Entladeleitung (11, 12;) sowie dem Behälter (5) angeordnet und als ein in Richtung zu dem Behälter (5) sperrendes Sperrventil ausgebildet ist.
  9. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (30) eine Ladeleitung (31) aufweist, die von der Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1) zu der Niederdruckspeichervorrichtung (8) geführt ist, und ein in der Ladeleitung (31) angeordnetes Ladeventil (32) aufweist.
  10. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladeventil (32) eine Sperrstellung (32a) und eine Durchflussstellung (32b) aufweist.
  11. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladeventil (32) als Schaltventil ausgebildet ist.
  12. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Förderleitung (6) ein in Richtung zur Verdrängermaschine (1) sperrendes Sperrventil (9) angeordnet ist,
  13. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (15) zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine (1) eine erste Ventileinrichtung (16) aufweist, die an die Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1), an eine zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführte Verbindungsleitung (17), an eine zu der Ansaugleitung (10) geführte Entladeleitung (11) der Hochdruckspeichervorrichtung (7) und an eine zu der Niederdruckspeichervorrichtung (8) geführte Verbindungsleitung (18) angeschlossen ist.
  14. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (16) eine Pumpenbetriebsstellung (16a) aufweist, in der die Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1) mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführten Verbindungsleitung (17) verbunden ist und die Entladeleitung (11) der Hochdruckspeichervorrichtung (7) sowie die zu der Niederdruckspeichervorrichtung (8) geführte Verbindungsleitung (18) abgesperrt sind, und eine Motorbetriebsstellung (16b) aufweist, in der die zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführte Verbindungsleitung (17) mit der Entladeleitung (11) der Hochdruckspeichervorrichtung (7) verbunden ist und die Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1) mit der zu der Niederdruckspeichervorrichtung (8) geführten Verbindungsleitung (18) verbunden ist.
  15. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (15) zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine (1) eine zweite Ventileinrichtung (22) aufweist, die in einer zu der Ansaugleitung (10) geführten Entladeleitung (12) der Niederdruckspeichervorrichtung (8) angeordnet ist.
  16. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventileinrichtung (22) eine Pumpenbetriebsstellung (22a) aufweist, in der die Entladeleitung (12) der Niederdruckspeichervorrichtung (8) geöffnet ist, und eine Motorbetriebsstellung (22b) aufweist, in der Entladeleitung (12) der Niederdruckspeichervorrichtung (8) abgesperrt ist.
  17. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventileinrichtung (22) als Schaltventil ausgebildet ist.
  18. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (15) zur Steuerung des Pumpen- und Motorbetriebs der Verdrängermaschine (1) eine Steuerventileinrichtung (116) aufweist, die an die Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1), an eine zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführte Verbindungsleitung (17) und an eine zu der Ansaugleitung (10) geführte gemeinsame Entladeleitung (110) der Hochdruckspeichervorrichtung (7) und der Niederdruckspeichervorrichtung (8) sowie an eine zu der Niederdruckspeichervorrichtung (8) geführte Verbindungsleitung (18) angeschlossen ist.
  19. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (116) eine Pumpenbetriebsstellung (116a) aufweist, in der die Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1) mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführten Verbindungsleitung (17) verbunden ist und die gemeinsame Entladeleitung (110) mit der zur Niederdruckspeichervorrichtung (8) geführten Verbindungsleitung (18) verbunden ist, und eine Motorbetriebsstellung (116b) aufweist, in der die zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführte Verbindungsleitung (17) mit der gemeinsamen Entladeleitung (110) verbunden ist und die Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1) mit der zu der Niederdruckspeichervorrichtung (8) geführten Verbindungsleitung (18) verbunden ist.
  20. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 13 oder 14 oder 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (16) oder die Steuerventileinrichtung (116) als Schaltventil ausgebildet ist.
  21. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsmomenterzeugungseinrichtung (65) vorgesehen ist, die im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine (1) ein an der Verdrängermaschine (1) anstehendes Bremsmoment erzeugt.
  22. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmomenterzeugungseinrichtung (65) ein Retarderventil (R) aufweist, das in der zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführten Verbindungsleitung (17) angeordnet ist.
  23. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmomenterzeugungseinrichtung (65) von einer zusätzlichen Steuerstellung (16c) der ersten Ventileinrichtung (16) oder der Steuerventileinrichtung (116) gebildet ist, in der die Verbindung der Förderleitung (6) der Verdrängermaschine (1) mit der zu der Hochdruckspeichervorrichtung (7) geführten Verbindungsleitung (17) drosselbar ist.
  24. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (16) oder die Steuerventileinrichtung (116) als in Zwischenstellungen drosselndes Wegeventil ausgebildet ist.
  25. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (15) und das Ladeventil (32) elektrisch betätigbar ist und zur Betätigung mit einer elektronischen Steuereinrichtung (35) in Verbindung stehen, die eingangsseitig mit einer den Speicherdruck der Hochdruckspeichervorrichtung (7) erfassenden Sensoreinrichtung (36) und einer den Speicherdruck der Niederdruckspeichervorrichtung (8) erfassenden Sensoreinrichtung (37) in Verbindung steht.
  26. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Steuereinrichtung (35) Betriebsstrategien hinterlegt sind, um die Hochdruckspeichervorrichtung (7) in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Fahrzeugs mit überschüssiger Energie eines Antriebsmotors (AM) und/oder im Bremsbetrieb des Fahrzeugs durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine (1) aufzuladen.
  27. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) im Motorbetrieb als Boosterantrieb des laufenden Antriebsmotors (AM) und/oder als hydraulischer Starter des abgestellten Antriebsmotors (AM) dient.
  28. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in der in der elektronischen Steuereinrichtung (35) eine Ladestrategie hinterlegt ist, um die Niederdruckspeichervorrichtung (8) in Abhängigkeit von den mittels der Sensoreinrichtungen (36, 37) erfasste Zuständen der Niederdruckspeichervorrichtung (8) und der Hochdruckspeichervorrichtung (7) durch einen Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine (1) aufzuladen.
  29. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeichervorrichtung (7) ein Druckbegrenzungsventil (41) zugeordnet ist.
  30. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (41) die Hochdruckspeichervorrichtung (7) zur Niederdruckspeichervorrichtung (8) absichert.
  31. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckspeichervorrichtung (8) ein Druckbegrenzungsventil (43) zugeordnet ist.
  32. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (43) die Niederdruckspeichervorrichtung (8) zum Behälter (5) absichert.
  33. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckspeichervorrichtung (7) mittels eines Entlastungsventils (50) zu dem Behälter (5) oder zu der Niederdruckspeichervorrichtung (8) entlastbar ist und/oder die Niederdruckspeichervorrichtung (8) mittels eines Entlastungsventils (51) zu dem Behälter (5) entlastbar ist.
  34. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebwelle (2) der Verdrängermaschine (1) eine Kupplungseinrichtung (K) zugeordnet ist.
  35. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) als im Verdrängervolumen einseitig verstellbares Verstelltriebwerk ausgebildet ist und eine Verdrängervolumenstelleinrichtung (1a) des Verstelltriebwerks ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen in eine Stellrichtung verstellbar ist.
  36. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängervolumenstelleinrichtung (1a) mittels einer hydraulischen Stelleinrichtung (1d) verstellbar ist, wobei die Stelleinrichtung (1d) zur Versorgung mit Druckmittel mit der Niederdruckspeichervorrichtung (8) und/oder mit der Hochdruckspeichervorrichtung (7) in Verbindung steht und wobei die Stelleinrichtung (1d) mit dem Behälter (5) in Verbindung steht.
  37. Hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängervolumenstelleinrichtung (1a) des Verstelltriebwerks zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung (35) in Verbindung steht.
  38. Fahrzeug mit einem von einem Antriebsmotor (AM) angetriebenen Antriebsstrang (A) und einer hydrostatisches Hybridantriebseinrichtung (H) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebstrang (A) als Parallelhybrid ausgebildet ist und zumindest einen Verbraucher (V) aufweist.
  39. Fahrzeug nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (V) als ein von einem Getriebe (G) angetriebenes Drehwerk ausgebildet ist.
  40. Fahrzeug nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (V) als eine von einem Getriebe (G) angetriebene Antriebsachse (AA) mit zumindest zwei angetriebenen Antriebsrädern (A1, A2) ausgebildet ist.
  41. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantriebseinrichtung (H) im Antriebsstrang (A) im direkten Durchtrieb angeordnet ist.
  42. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantriebseinrichtung (H) über ein Verlagerungsgetriebe (VG), insbesondere ein Stirnradgetriebe, mit dem Antriebsstrang (A) verbunden ist.
  43. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 38 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantriebseinrichtung (H) mittels einer Kupplungseinrichtung (K) mit dem Antriebsstrang (A) verbindbar und von dem Antriebsstrang (A) trennbar ist.
  44. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantriebseinrichtung (H) mit einer Zusatzachse (ZA) des Fahrzeugs trieblich verbunden ist.
  45. Fahrzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen der Hybridantriebseinrichtung (H) und der Zusatzachse (ZA) eine Kupplungseinrichtung (K) angeordnet ist.
  46. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantriebseinrichtung (H) mit einem Nebenabtrieb des Antriebsmotors (AM) trieblich verbunden ist.
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