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DE4109379A1 - Kraftfahrzeugantrieb - Google Patents

Kraftfahrzeugantrieb

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DE4109379A1
DE4109379A1 DE4109379A DE4109379A DE4109379A1 DE 4109379 A1 DE4109379 A1 DE 4109379A1 DE 4109379 A DE4109379 A DE 4109379A DE 4109379 A DE4109379 A DE 4109379A DE 4109379 A1 DE4109379 A1 DE 4109379A1
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DE
Germany
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engine
combustion engine
internal combustion
battery
control device
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Ceased
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DE4109379A
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English (en)
Inventor
Gerhard Ing Feichtinger
Othmar Dipl Ing Skatsche
Rudolf Ing Kroissenbrunner
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
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Filing date
Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantrieb, bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einem damit verbundenen Ge­ nerator/Elektromotor, mindestens einem Elektromotor zum An­ trieb des Kraftfahrzeuges, einer Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie und einer Steuereinrichtung zum Konstant­ halten der Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Brenn­ kraftmaschine für einen einzigen Betriebspunkt in Bezug auf Kraftstoffverbrauch und Abgasemission optimal ausgelegt ist. Die Brennkraftmaschine dient dabei zum Antrieb des Generators, der für den Startvorgang auch als Elektromotor betrieben wer­ den kann.
Aus der GB-PS 13 94 003 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, dessen Antrieb über eine Gasturbine, einen Generator sowie über elek­ trische Fahrmotore erfolgt. Weiters sind bei diesem bekannten Fahrzeug Batterien vorgesehen, die unter anderen dazu dienen, bei Überholvorgängen größere Beschleunigungswerte erzielen zu können.
Weiters sind sogenannte Hybridantriebe bekannt, die die oben angeführten Komponenten aufweisen. Bei einer bekannten Lösung eines solchen Hybridantriebes besteht der Antriebsstrang der Reihe nach aus einem Verbrennungsmotor, einer Kupplung, einem Elektromotor/Generator, einer weiteren Kupplung und dem Ge­ triebe samt Achsantrieb. Ein solcher Kraftfahrzeugantrieb kann in herkömmlicher Weise einen Verbrennungsmotor aufweisen, wo­ bei der Elektromotor/Generator ggf. wie eine Lichtmaschine die Batterie aufladen kann. Für einen rein elektrischen Betrieb wird der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abgekuppelt und der Elektromotor/Generator entnimmt der Batterie die notwen­ dige Energie und treibt die Fahrräder über das Getriebe an. Bei einer solchen Lösung ist der Elektroantrieb nur als Hilfs­ antrieb für langsame Fahrt ohne wesentliche Beschleunigungs­ vorgänge ausgebildet, da der Elektromotor/Generator eine we­ sentlich geringere Leistung aufweist als der Verbrennungsmo­ tor. Beim Antrieb des Kraftfahrzeuges mit dem Verbrennungsmo­ tor gibt es in Hinsicht auf Verbrauch und Schadstoffemission keinerlei Vorteile gegenüber einem konventionellen Kraftfahr­ zeug, im Gegenteil entstehen sogar Nachteile wegen des höheren Gewichts der zusätzlichen Komponenten.
Weiters sind rein elektrische Fahrzeugantriebe bekannt, bei welchen jedoch das Problem des zu geringen Speichervermögens der Batterien der Anwendung enge Grenzen setzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, der den niedrigen Energiever­ brauch und die geringe Umweltbelastung von elektrischen An­ trieben mit der hohen Leistung und der großen Reichweite von Antrieben mit Brennkraftmaschinen verbindet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Steuereinrichtung die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batte­ rie, der benötigten Fahrleistung und von Emissionsbeschränkun­ gen, zwischen einem Betrieb im Optimalpunkt und dem Stillstand umschaltet, und eine Einflußnahme auf die Steuereinrichtung durch den Fahrer vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß z. B. im Falle von Emissionsbeschränkungen in Ballungsgebieten das Kraftfahrzeug ausschließlich elektrisch betrieben wird.
Wesentlich bei der Erfindung ist es, daß das Ein- und Aus­ schalten der Brennkraftmaschine sowohl automatisch nach dem Ladezustand der Batterie erfolgen kann als auch manuell vom Fahrer beeinflußt werden kann. Dieser kann beispielsweise bei Vorliegen von Emissionsbeschränkungen in Ballungsgebieten den betrieb der Brennkraftmaschine unterbinden.
Wenn eine Brennkraftmaschine, sei es ein Kolbenmotor oder eine Gasturbine, konsequent auf einen Betriebspunkt hin ausgelegt ist, so können erhebliche Verbesserungen des Kraftstoffver­ brauches, des Schadstoffausstoßes und des Leistungsgewichtes erzielt werden. Jegliche Kompromisse, die bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge gemacht werden müssen, um ein befriedigendes Beschleunigungs- und Teillastverhalten zu erzielen, können dadurch vermieden werden. Außerdem kann dabei mit kostengünstigen Konzepten gearbeitet werden. Die Brennkraftmaschine und der Generator sind dabei optimal auf­ einander abgestimmt. Da keine mechanische Verbindung von der Brennkraftmaschine zu den Antriebsrädern vorgesehen ist, kön­ nen Bauteile, wie Getriebe, Kupplung u. dgl. weitgehend ent­ fallen. Die Steuerungseinrichtung schaltet die Brennkraftma­ schine lediglich zwischen den zwei Zuständen, Stillstand und Betrieb im Optimalpunkt, hin und her .
Bei Vollast, also z. B. auf der Autobahn oder bei längeren Bergaufstrecken, wird die Brennkaftmaschine permanent in Be­ trieb sein, sodaß die Leistung der Brennkraftmaschine abzüg­ lich der unvermeidlichen Verluste auch an der Antriebsachse zur Verfügung steht. Kurzzeitig, z. B. für Überholvorgänge, kann die verfügbare Leistung durch Entnahme von zusätzlichem Strom aus der Batterie auch über die Leistung der Brennkraft­ maschine hinausgehen.
Im Teillastbereich, also beispielsweise im Stadtverkehr, wird das Kraftfahrzeug teilweise bei abgeschalteter Brennkraftma­ schine von der Batterie her betrieben. Wenn diese an einem be­ timmten Punkt der Entladung angelangt ist, wird die Brenn­ kraftmaschine gestartet und der erzeugte Strom abhängig vom augenblicklichen Bedarf teilweise zum Fahrbetrieb und teil­ weise zum Laden der Batterien verwendet. Sobald die Batterie voll aufgeladen ist, wird die Brennkraftmaschine wiederum ab­ geschaltet. Diese automatische Regelung durch die Steuerein­ richtung kann durch den Fahrer beeinflußt werden. So ist es z. B. möglich, im Falle von Emissionsbeschränkungen in Bal­ lungsgebieten sicherzustellen, daß das Kraftfahrzeug aus­ schließlich elektrisch betrieben wird. Da es selbstverständ­ lich auch möglich ist, die Batterie an der Steckdose aufzula­ den, kann die Steuereinrichtung auch so beeinflußt werden, daß die Batterien von der Brennkraftmaschine nicht mehr aufgeladen wird, wenn absehbar ist, daß das Fahrzeug an einem Stützpunkt mit einer Möglichkeit zur Aufladung der Batterie abgestellt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles näher erläutert: Die Brennkraftmaschine ist ein Einzylinder-Zweitaktmotor mit ventilgesteuerter Umkehrspülung. Der Zylinder ist liegend in Längsrichtung des Fahrzeuges angeordnet. Die Daten der Brenn­ kraftmaschine sind: Nennleistung: 25 kW, einzige Betriebsdreh­ zahl 3000 l/min, Bohrung 75 mm, Hub 120 mm, Hubvolumen 0,53 l Gewicht ohne Schwungrad etwa 40 kg. Die notwendige Druckhöhe für die Spülung wird mit einer Resonanzaufladung erzielt. Es ist jedoch auch eine Komprexaufladung möglich. Der Motor ist samt Generator/Elektromotor in einer trockenen, fahrzeuggebun­ denen Kapsel eingebaut.
In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugantrieb schematisch dargestellt.
Eine Brennkraftmaschine 1 treibt über seine Welle den Genera­ tor 2 an. Der Generator 2 ist über eine elektrische Leitung 9 mit einer Batterie 3 verbunden. Die Batterie 3 speist über eine Leitung 10 den Elektromotor 4, der das Rad 5 über eine Welle 11 antreibt. Eine Steuerungsvorrichtung 6 wird über Si­ gnalleitungen 12 und 13 mit Werten über den Ladezustand der Batterie 3 und die augenblickliche Belastung des Elektromo­ tors 4 versorgt. Über eine Steuerleitung 14 schaltet die Steuereinrichtung 6 die Brennkraftmaschine 1 ein und aus. Über die z. B. mittels eines Pedales betätigten Bedienungselemente 7 des Kraftfahrzeuges, welche über eine Steuerleitung 15 mit dem Elektromotor 4 verbunden sind, kann der Fahrer des Kraftfahr­ zeuges den Elektromotor 4 und damit die Fahrgeschwindigkeit steuern. Über eine weitere Steuerleitung 16 kann der Fahrer auch die Steuereinrichtung 6 beeinflussen. Insbesonders ist es möglich, ein Starten der Brennkraftmaschine 1 zu verhindern. Weiters ist ein Netzteil 17 vorgesehen, das mit der Batterie 3 verbunden ist und eine Aufladung der Batterie 3 von der Steck­ dose her ermöglicht.
Die Brennkraftmaschine kann in einer weiteren bevorzugten Wei­ terbildung der Erfindung als Gasturbine ausgebildet sein. Die bekannten Nachteile von Gasturbinen im Bezug auf das schlechte Ansprechverhalten, fallen bei dem erfindungsgemäßen Antrieb nicht ins Gewicht. Die neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der Keramiktechnologie erlauben es in sehr vorteilhafter Weise, Turbinen für den Antrieb von Kraftfahrzeugen herzustellen.
Ein weitgehender Wegfall von Bauteilen zur Kraftübertragung wird erreicht, wenn die Elektromotoren zum Antrieb des Kraft­ fahrzeuges in den Radnaben integriert sind. Insbesonders ist es dadurch auf sehr einfache Weise möglich, einen Allradan­ trieb zu verwirklichen.
Eine Verringerung der Einschaltdauer der Brennkraftmaschine kann erreicht werden, wenn die Elektromotoren zum Antrieb des Kraftfahrzeuges in an sich bekannter Weise auch zur Rückgewin­ nung von Energie beim Bremsvorgang geeignet sind. Auf diese Weise kann Verbrauch und Schadstoffausstoß weiter herabgesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, ein einfaches, kosten­ günstiges Antriebssystem für Kraftfahrzeuge zu verwirklichen, das einen äußerst geringen Verbrauch bei einem minimalen Schadstoffausstoß gewährleistet.

Claims (1)

  1. Kraftfahrzeugantrieb, bestehend aus einer Brennkraftma­ schine, einem damit verbundenen Generator/Elektromotor, mindestens einem Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahr­ zeuges, einer Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie und einer Steuereinrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Brenn­ kraftmaschine für einen einzigen Betriebspunkt in Bezug auf Kraftstoffverbrauch und Abgasemission optimal ausge­ legt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrich­ tung (6) die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie (3), der benötigten Fahrleistung und von Emissionsbeschränkungen, zwischen einem Betrieb im Optimalpunkt und dem Stillstand umschaltet, und eine Ein­ flußnahme auf die Steuereinrichtung (6) durch den Fahrer vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß z. B. im Falle von Emissionsbeschränkungen in Ballungsgebieten das Kraftfahr­ zeug ausschließlich elektrisch betrieben wird.
DE4109379A 1990-04-04 1991-03-21 Kraftfahrzeugantrieb Ceased DE4109379A1 (de)

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