DE2943519A1 - Antrieb fuer ein fahrzeug mit einer brennkraftmaschine und einem elektromotor - Google Patents
Antrieb fuer ein fahrzeug mit einer brennkraftmaschine und einem elektromotorInfo
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Description
3180 Wolfsburg
K 2818/1702-pt-hu-sa
/■■ ■
Antrieb für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
und einem Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Unter einer Freilaufeinrichtung ist dabei außer einem üblichen
Freilauf jede Einrichtung zu verstehen, die die Synchronisierung des Schaltgetriebes vom Trägheitsmoment des Elektromotors entlastet.
Freilauf jede Einrichtung zu verstehen, die die Synchronisierung des Schaltgetriebes vom Trägheitsmoment des Elektromotors entlastet.
Ein Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der GB-PS 393
311 sowie in ähnlicher Ausführung -ohne Freilaufeinrichtung und Schaltgetriebe- aus der DE-OS 21 33 485, B60L 13/00, bekannt. Bei derartigen Antrieben erübrigt sich in vorteilhafter Weise das Vorsehen eines besonderen
Startermotors, da dessen Aufgabe von dem Elektromotor übernommen wird, und außerdem bieten Antriebe dieser Art die vorteilhafte Möglichkeit, den Elektromotor als Antrieb in Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereichen zu verwenden, in denen der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen bei kleinen Leistungen relativ schlecht ist.
311 sowie in ähnlicher Ausführung -ohne Freilaufeinrichtung und Schaltgetriebe- aus der DE-OS 21 33 485, B60L 13/00, bekannt. Bei derartigen Antrieben erübrigt sich in vorteilhafter Weise das Vorsehen eines besonderen
Startermotors, da dessen Aufgabe von dem Elektromotor übernommen wird, und außerdem bieten Antriebe dieser Art die vorteilhafte Möglichkeit, den Elektromotor als Antrieb in Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereichen zu verwenden, in denen der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen bei kleinen Leistungen relativ schlecht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute
Betätigungseinrichtung für einen derartigen Antrieb zu schaffen, die dem
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ί ·: ce· Gesc! s^e'i VVci'&Ljrc Amisgerichi Wolfsburg HRB 215
Fahrer auch die Möglichkeit der Wahl zwischen elektromotorischem Betrieb
und Betrieb mit Brennkraftmaschine gibt, im übrigen aber weitgehend automatisch die jeweils optimale Betriebsweise sicherstellt, wobei der Fahrer zur
Leistungsregelung lediglich in üblicher Weise einen einzigen Fahrfußhebel zu betätigen braucht.
An sich ist aus der CH-PS 222 098 bereits ein Antrieb mit Brennkraftmaschine
und Elektromotor (der auch als Startermotor dient) bekannt, bei dem ein einziger
Hebel vom Fahrer zu bedienen ist und bei Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit automatisch die Brennkraftmaschine eingeschaltet sowie anschließend
der Elektromotor zurückgenommen wird. Demgegenüber soll der erfindungsgemäße Antrieb dem Fahrer aber auch die Möglichkeit der freien Wahl
der Betriebsweise geben.
Die erfindungsgemäße Lösung der definierten Aufgabe ist gekennzeichnet durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1. Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu
sehen, daß die durch die Aufgabenstellung vorgegebenen verschiedenen Betriebsweisen
unter Verwendung relativ weniger elektrischer Stromkreise sichergestellt
werden,die sich, wie anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieis
noch offensichtlich -wird, -weitgehend überdecken, so daß zur Herstellung der verschiedenen Stromkreise identische Leitungsabschnitte Verwendung
finden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Wie anhand der Figurenbeschreibung noch dargelegt wird, bietet die Erfindung
die itöglichkeit, den Elektromotor sowohl zum Starten der Brennkraftmaschine
als auch zum alleinigen Antrieb des Fahrzeugs für "untergeordnete" Fahraufgaben zu verwenden, also beispielsweise zum Fahren in Garagen, Fußgängerzonen,
im Innenstadtverkehr oder im Stau sowie zum Anfahren; ferner kann der Elektromotor bei Ausbildung 4&r Freilaufeinrichtung als Schaltkupplung mit
Rückwärtsgang zur Rückwärtsfahrt eingesetzt werden. Auch in Notfällen, also
bei Schaden der Brennkraftmaschine, Aufbrauch des Kraftstoffs, kann das Fahr-
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zeug zumindest noch für eine gewisse Strecke mittels des Elektromotors betrieben
werden, dessen Batterie gegebenenfalls aus dem Lichtnetz nachgeladen werden kann.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. In dieser zeigen:
Die Fig. 1 u. 2 schematisch den grundsätzlichen Aufbau des Antriebs mit unterschiedlicher Ankopplung
des Elektromotors,
Fig. 3 den Antrieb nebst Schalt- und Regeleinrichtungen und
Fig. 4 eine sich auf den Bereich des Gangschalthebels und des Getriebes beziehende Teildarstellung.
Fig. 1 zeigt schematisch die Brennkraftmaschine 1 mit dem Schwungrad 2, die
Kupplung 3, das Getriebe 4, den Abtrieb zum Fahrzeug 5 sowie den zwischen den Bestandteilen 3 und 4 liegenden Elektromotor 6.
In Fig. 2 greift dort der Elektromotor 6 über eine geeignete Kraftübertragung
7 (Zahnrad, Kette, Riemen) an.
In jedem Fall muß ein Freilauf 8 (Fig. 2: 8a) vorgesehen werden, der die
Synchronisierung des Getriebes 4 vom Trägheitsmoment des Elektromotors 6 enthält.
Der Betrieb ist in folgenden Betriebsarten möglich:
1. Konventionell:
Bei Getriebe 4 in Leerlaufstellung und geschlossener Kupplung 3 startet
Elektromotor 6 die Brennkraftmaschine 1.
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2. Elektrotraktion:
Die Kupplung 3 bleibt hierbei gelöst (durch Treten des Kupplungspedals
oder durch eine geeignete Sperre). Je nach erwünschter Geschwindigkeit
bzw. Fahrrichtung im Elektrobetrieb wird ein geeigneter Gang im Getriebe k eingelegt. Mit dem Fahrfußhebel kann mittels geeigneter Regelung
die Geschwindigkeit gewählt werden.
3. Gemischter Betrieb:
a) Anfahren: Bei gelöster Kupplung 3 und eingelegtem Gang wird elektrisch
angefahren und bis etwa 15 km/h beschleunigt. Dann wird das Getriebe 4
in Leerlaufstellung gebracht und die Kupplung 3 geschlossen. Nun kann
die Brennkraftmaschine 1 über Kupplung 3 vom Elektromotor 6 gestartet werden. Danach wird Kupplung 3 gelöst, der Gang eingelegt und
Kupplung 3 geschlossen, die Weiterfahrt erfolgt konventionell.
b) Fahren mit annähernd konstanter Geschwindigkeit: Belativ langsame Geschwindigkeiten
können vorteilhaft elektrisch gefahren werden, weil der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen bei kleinen Leistungen relativ
schlecht ist. JJm das zu erreichen, wird die Kupplung 3 gelöst, die Brennkraftmaschine
eventuell abgestellt und bei eingelegtem geeigneten Gang elektrisch gefahren. Das Wiederingangsetzen der Brennkraftmaschine 1
kann wie unter aj beschrieben oder einfach durch Schließen der Kupplung
erfolgen.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die schaltungs- und betatigungstechnische Ausgestaltung
zur Erleichterung bzw, Automatisierung der zwecksä&Lgen Betätigung
des Antriebs.
um den Schalthebel 9 ist als längsversehiebbarer Hebel das Schaltrohr 10 angeordnet,
das in Flg. 3 durch die Feder 11 nach unten gegen den Schalter 12 gedrückt ist. Nur bei in der Leerlaufgasse der Kulisse 13 stehendem Schalthebel
9 kann das Rohr 10 vom Fahrer nach oben gezogen werden in die in Fig. 4
wiedergegebene Stellung. Nach Einlegen eines Ganges stützt die Kulisse 13 dann das Rohr 10 in dieser Stellung ab. Der Schalter 12 besitst den Umschaltkontakt
12a.
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Weiter wird durch den Schalthebel 9 der Kontakt 14 so betätigt, daß er bei
in der Schaltkulissengasse für den 1. und 2. Gang stehendem Schalthebel 9
geschlossen, dagegen bei Schalthebelstellung in der Gasse für 3. und 4.
Gang (in die der Schalthebel 9 durch Federkraft wie üblich gezogen wird) geöffnet ist. Schließlich schließt der Berührungsschalter 15, wenn auf den
Schalthebelknopf 16 eine Kraft ausgeübt wird. Zur Einschaltung der gesamten Einrichtung dient der Kontakt 17 des Zündschlosses.
Die Kupplung 3 wird durch den Servomotor 18 über den Schwenkhebel 19 betätigt.
Der Servomotor 18 enthält in diesem Ausführungsbeispiel einen Unterdruckzylinder,
der über das Magnetventil 20 aus dem Vorratsbehälter 21 angesteuert wird. Die Kupplung 3 ist gelöst, wenn das Magnetventil 20 Strom
erhält.
Der Fahrfußhebel 22 steuert über den Leistungsregler 23 bzw. den Motorregler
24 die Drosselklappe oder die Einspritzpumpe der Brennkraftmaschine bzw. den Elektromotor 6 an.
Die Inbetriebnahme des Fahrzeugs erfolgt so:
Der Schalthebel 9 ist in Leerlaufstellung in der Gasse für den 3. und 4. Gang.
Zündschloßkontakt 17 ist geschlossen und setzt die Anlage unter Spannung. Kontakt 12a ist in seiner in Fig. 3 unteren Lage, weil Rohr 10 auf Schalter
12 aufliegt. Die Kontakte 14 und 15 sind offen, so daß nichts geschieht. Die Zündung ist unter Kraftstoffzufuhr 25 aktiviert.
Beabsichtigt der Fahrer, konventionell abzufahren, so bewegt er den Schalthebel
9 in die Gasse für den 1. und 2. Gang. Damit schließt er Kontakt 14. Der Umschalter 26 ist von der Drehzahl η der Brennkraftmaschine abhängig: Ist
η größer als die Leerlaufdrehzahl η ., steht er in Fig. 3 unten, sonst oben.
Also erhält Elektromotor 6 über Kontakt 14 Strom und wirft die Brennkraftmaschine
1 über die Kupplung 3 an. Ist die Maschine 1 angesprungen, legt Kontakt 26 nach unten um: Elektromotor 6 ist stromlos, Magnetventil 20 erhält
über den geschlossenen Berührungskontakt 15 Strom (Schalthebelknopf 16 ist angefaßt). Daher löst Kupplung 3, der 1. Gang kann eingelegt werden. Der
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Leistungsregler 23 regelt in Abhängigkeit von der Stellung des Fußgashe
bels 22 die Leistung der Brennkraftmaschine 1 (Stellsignale an Klemme 27).
Wird nun der Knopf 16 losgelassen, öffnet Berührungskontakt 15, Kupplung 3
schließt, wobei der Regler 28, dem Signale für die Drehzahlen η der Maschine
und n., der Getriebeeingangswelle zugeführt werden, dafür sorgt, daß
rasches und vollständiges Einkuppeln nur dann erfolgt, wenn r^>
n^ (d^h, Maschinendrehzahl mit ausreichendem Drehmomentenangebot) und n^^n^ . Je
nach Stellung des Fahrfußhebels 22 beschleunigt das Fahrzeug. Um das Anfahren möglichst zu erleichtern, ist der Reglerausgang 29 am Leistungsregler
vorgesehen, der ein zusätzliches Drehmoment durch den Elektromotor 6 sicherstellt.
Dadurch kann der 1. Gang des Getriebes k relativ lang gemacht werden,
wie es aus Verbrauchsgründen zweckmäßig ist. Im Rückwärtsgang unterbindet der Kontakt 30 den Betrieb des Elektromotors 6.
Beim Hochschalten vom 1. in den 2. Gang schließt Berührungskontakt 15 infolge
Anfassens des Schalthebelknopfes 16 und Kupplung 3 öffnet,, Wun wird
der Gangwechsel vorgenommen. Kupplung 3 schließt rasch,wenn η =n„..
In weiterer Ausgestaltung regelt der Leistungsregler 23 die Drosselklappe
oder dergleichen in einem maschinendrehzahlabhängigen Bereich, der günstigen
spezifischen Verbrauch ergibt. Dadurch wird der Fahrer zum Hochschalten
veranlaßt, weil sonst die Geschwindigkeit über das gewünschte Maß hinaus ansteigt. Erst im höchsten Gang können alle Betriebspunkte der Brennkraftmaschine
gewählt werden. Anstelle dieser Vorgabe kann der Fahrer durch ein geeignetes
Signal darauf hingewiesen werden} daß er in einem ungünstigen Betriebsbereich
fährt und Hochschalten sollte, wenn es die Fahrsituation erlaubt
.
Möchte der Fahrer elektrisch fahren, so zieht er nach Einschalten der Zündung
{Kontakt 173 das Bohr 10 hoch iFig, 43, Kontakt 12a steht dann oben,
Magnetventil 20 steht unter Spannung, d.h. Kupplung 3 ist gelost. Der Fahrer
hat alle Gänge zum elektrischen Betrieb zur Verfügung. Legt er einen
Gang ein, so hält die Kulisse 13 das Rohr 10 und damit auch Kontakt 12a oben.
13QÖ19/Ö39*
über Fahrfußhebel 22 und Motorregler 24 regelt der Fahrer die Leistung des
Elektromotors 6.
Will der Fahrer nach dem elektrischen Anfahren weiterfahren mit der Brennkraftmaschine
1, so läßt er, nachdem er den 1. Gang herausgenommen hat, das Rohr 10 in die untere Stellung gehen. Darauf startet die Maschine 1 wie oben
beschrieben. Der Fahrer legt abermals den 1. Gang ein (Rohr 10 bleibt aber in der unteren Stellung) und beschleunigt mit der Maschine 1 weiter.
Soll umgekehrt die Fahrt nach dem Beschleunigen mit der Brennkraftmaschine
elektrisch fortgesetzt werden, so nimmt der Fahrer den Gang heraus und zieht Rohr 10 nach oben, so daß Kontakt 12a nach oben umlegt. Die Brennkraftmaschine
bleibt wegen Abschaltens der Kraftstoffzufuhr bei 25 stehen, Kupplung
3 löst. Der Fahrer kann bei hochgezogener Stellung des Rohrs 10 einen beliebigen Gang einlegen. Solange er nicht den Fußgashebel 22 betätigt, bleibt
Elektromotor 6 stromlos und wegen des Freilaufs 8 im Stillstand. Durch "Gasgeben"
kann der Fahrer den elektrischen Antrieb einsetzen (z.B. kleine Geschwindigkeit bei Kolonnenfahrt, Stadtfahrt etc.). Zur Wiederinbetriebnahme
der Brennkraftmaschine 1 hat er zwei Möglichkeiten: Er kann bei in Leerlaufstellung
befindlichem Schalthebelknopf 16 und in unterer Stellung befindlichem Rohr 10 den Schalthebel 9 in die Gasse für den 1. und 2. Gang bewegen.
Darauf erfolgt der Start mit Elektromotor 6 wie oben beschrieben. Der Fahrer kann aber auch nach Absenken des Rohrs 10 (d.h. Kontakt 12a in unterer Lage)
den 3. oder A. Gang einlegen. Nach Loslassen des Knopfes 16 schließt Kupplung
3, und die Brennkraftmaschine 1 wird vom Fahrzeug angeworfen.
Wird anstelle des Freilaufs 8 eine schaltbare Kupplung verwendet, so kann
der Elektromotor 6 als Generator und auch im (oder als) Rückwärtsgang verwendet werden. Die schaltbare Kupplung 8 öffnet bei Schalten (parallel zu
Berührungskontakt 15) und bei zu hohen Drehzahlen.
Alle diese Betriebsmöglichkeiten lassen sich mit folgenden,leitungsmäßig
weitgehend identischen Stromkreisen erzielen:
Ein erster Motorstromkreis erstreckt sich über den Kontakt 12a und den Motorregler
24.
1 30019/0394
Ein zweiter Motorstromkreis erstreckt sich ebenfalls über den Kontakt 12a
sowie den drehzahlabhängigen Kontakt 26 und den Kontakt 14.
Ein dritter Motorstromkreis, der als Anfahrstromkreis dient, erstreckt sich
wiederum über den Kontakt 12a und einen Anfahrregler, der hier zusammengefaßt
ist mit dem Leistungsregler 23, aber einen getrennten Reglerausgang 29 aufweist, sowie über den Kontakt 30.
Ein erster Kupplungsstromkreis verläuft über den Kontakt 12a direkt über den
Regler 28 und das Magnetventil 20.
Ein zweiter Kupplungsstromkreis verläuft über Kontakt 12a, den drehzahlabhängigen
Kontakt 26 sowie den Berührungskontakt 15.
Schließlich ist ein Leistungsregelkreis vorhanden, der über Kontakt 12a und
Leistungsregler 23 verläuft.
Konstruktive Möglichkeiten für den Einbau des Berührungskontakts 15 kann der
Fachmann beispielsweise der DE-AS 12 11 078 oder der DE-PS 11 64 843, 63c,
20/01, en tnehmen.
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■Μ-
L e e r s e i t e
Claims (6)
1. ) Antrieb für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor,
zwischen denen eine Kupplung angeordnet ist und die auf ein gemeinsames Schaltgetriebe arbeiten, sowie mit einer dem Elektromotor abtriebsseitig
zugeordneten Freilaufeinrichtung, wobei der Elektromotor
als Startermotor und als alleiniger Antrieb unterhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitswerts ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß am
Schalthebel (9) des Getriebes (A) ein Hebel (10) bei in Leerlaufstellung befindlichem Schalthebel (9) durch den Fahrer längsverschiebbar gelagert
ist, der durch eine Feder (11) in Richtung auf einen Schalter (12) am Getriebe (A) vorgespannt ist, daß ferner die Schaltkulisse (13) für den
Schalthebel (9) nur bei außerhalb der Leerlaufstellung befindlichem Schalthebel
(9) nebst Hebel (10) für diesen in seiner von dem Schalter (12) abgehobenen Stellung eine Abstützung bildet, und daß der Schalter (12) bei
durch den Fahrer längsverschobenem Hebel (10) sowohl einen ersten Stromkreis für den Elektromotor (6) (erster Motorstromkreis) vorbereitet als
auch einen ersten Stromkreis für das Lösen der Kupplung (3) (erster Kupplungsstromkreis)
schließt, von denen der erste Motorstromkreis einen mit einem Fahrfußhebel (22) gekoppelten ersten Regler (24) enthält, während
der Schalter (12) sonst sowohl einen Stromkreis für einen der Brennkraftmaschine
(1) zugeordneten, ebenfalls mit dem Fahrfußhebel (22) gekoppelten Leistungsregler (23) (Leistungsreglerkreis) schließt als auch einen
zweiten Kupplungsstromkreis vorbereitet, der einen nur bei Berühren des
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■-'■: . i: - Sit2 ae' Geseitscl-.aü V(OIfSb1UfC ' AmtsgeiicM Woltsburg HRB 215
Schalthebels (9) durch den Fahrer schließenden Kontakt (Berührungskontakt
15) enthält.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kupplungsstromkreisen ein Regler (28) liegt, dem Signale für die Drehzahl (i\.)
der Brennkraftmaschine (1) und die Drehzahl (nG1) der Eingangswelle des
Schaltgetriebes U) zugeführt werden und der nach öffnen des Berührungskontakts (15) den Stromabfall verzögert, sofern die Drehzahl (ix.) der
Brennkraftmaschine unterhalb eines Mindestwerts liegt und erheblich von der Drehzahl (nQ1) der Eingangswelle abweicht.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten
Kupplungsstromkreis ein drehzahlabhängiger Schalter (26) liegt, der den zweiten Kupplungsstromkreis nur bei Drehzahlwerten (il.) der Brennkraftmaschine
(1) oberhalb der Leerlaufdrehzahl inM1) schließt, dagegen sonst
einen zweiten Motorstromkreis vorbereitet, in dem ein dann geschlossener Kontakt i14) liegt, wenn der Schalthebel (9) in der dem 1^ und 2, Gang
des Schaltgetriebes zugehörigen Gasse der Schaltkulisse M3) steht.
k. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schalter i*\2) beim Schließen des Leistungsreglerkreises einen dritten
Motorstromkreis über einen mit dem Fahrfußhebel (22) gekoppelten Anfahrregler (23) schließt, der beim Anfahren zusätzlich zur Brennkraftmaschine
(1) den Elektromotor (6) einschaltet.
5« Antrieb nach Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß im Anfahrstrornkreis
ein bei eingelegtem Bückwärtsgang geöffneter Kontakt (30) liegt.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß
die Freilaufeinrichtung eine Schaltkupplung (8) ist, die sowohl beim Lösen
der Kupplung 13 3 als auch bei zu hohen Drehzahl en von Brennkraftmaschine
und/oder Elektromotor löst.
?. Antrieb nach eines der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hebel ein den Schalthebel (9) umgebendes Rohr do) ist.
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