Hydraulikhybridantriebsstrang und Verfahren zum Betreiben eines Hydraulikhyb- ridantriebsstrangs

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer verbrennungsmotorischen und einer hydraulischen Antriebseinrichtung, und mit einem elektrischen Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hydraulikhybridantriebsstrangs.

Stand der Technik

Der elektrische Starter/Generator wird zum Beispiel aus einer fahrzeuginternen elektrischen Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie, mit elektrischer Energie versorgt. Mit der elektrischen Energie kann durch den elektrischen Starter/Generator ein zum Starten der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung benötigtes Drehmoment bereitgestellt werden. Der Starter/Generator dient darüber hinaus zur Versorgung eines elektrischen Bordnetzes und/oder weiterer elektrischer Verbraucher.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines Hydraulikhybridantriebsstrangs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu optimieren.

Die Aufgabe ist bei einem Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer verbrennungsmotorischen und einer hydraulischen Antriebseinrichtung, und mit einem elektrischen Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung, dadurch gelöst, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung der hydraulischen Antriebseinrichtung zu- geordnet ist. Der elektrische Starter/Generator kann direkt an der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung angebracht sein. Allerdings liefert das den Nachteil, dass die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung angeschaltet werden muss, wenn eine fahrzeuginterne elektrische Energiespeichereinrichtung über den vorzugsweise als Generator ausgeführten elektrischen Starter aufgeladen werden muss, weil ihr Ladezustand niedrig ist. Die erfindungsgemäße Zuordnung des elektrischen Starters, der vorzugsweise als elektrischer Generator ausgeführt ist, liefert den Vorteil, dass die elektrische Energiespeichereinrichtung über die hydraulische Antriebseinrichtung und den elektrischen Starter aufgela- den werden kann. Darüber hinaus wird, zum Beispiel im Schubbetrieb des Hyd- raulikhybridantriebsstrangs, ein Rekuperationsbetrieb ermöglicht, in welchem Bremsenergie des Hydraulikhybridantriebsstrangs über den als Generator ausgeführten elektrischen Starter in der elektrischen Energiespeichereinrichtung gespeichert werden kann. Im Rekuperationsbetrieb können vorteilhaft sowohl ein hydraulischer Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung als auch die fahrzeuginterne elektrische Energiespeichereinrichtung aufgeladen werden. Durch das zusätzliche Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung über den elektrischen Starter/Generator kann die hydraulische Antriebseinrichtung, insbesondere ein zweiter Hydrostat der hydraulischen Antriebseinrichtung, in wir- kungsgradgünstigeren Betriebspunkten betrieben werden. Die erfindungsgemäße Zuordnung des elektrischen Starters/Generator liefert darüber hinaus den Vorteil, dass die fahrzeuginterne elektrische Energiespeichereinrichtung, die auch als elektrische Batterie bezeichnet wird, aus einem hydraulischen Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung geladen werden kann. Das be- deutet, dass die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung erst dann zum Laden der elektrischen Energiespeichereinrichtung benötigt wird, wenn der Hydrau- likhybridantriebsstrang beziehungsweise ein damit ausgestattetes Hybridfahrzeug steht und der hydraulische Druckspeicher leer ist. Das wirkt sich positiv im Kraftstoffverbrauch der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung aus.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung mechanisch mit der hydraulischen Antriebseinrichtung gekoppelt ist. Der elektrische Starter/Generator ist mechanisch vorzugsweise mit einer Welle einer hydraulischen Maschine der hydraulischen

Antriebseinrichtung verbunden. Durch die mechanische Kopplung, die zum Bei- spiel als drehfeste Verbindung oder als Ubersetzungsstufe ausgeführt ist, kann sowohl ein Drehmoment von der hydraulischen Antriebseinrichtung auf den elektrischen Starter/Generator als auch von dem elektrischen Starter/Generator auf die hydraulische Antriebseinrichtung übertragen werden. Der elektrische Starter/Generator ist mechanisch vorzugsweise mit der hydraulischen Antriebseinrichtung verbunden. Die Kopplung mit der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung erfolgt über den hydraulischen Antriebsstrang. Durch die erfindungsgemäße Zuordnung des elektrischen Starters/Generators wird darüber hinaus ermöglicht, einen hydraulischen Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung über den elektrischen Starter/Generator mit Hilfe von elektrischer Energie aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung aufzuladen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebs- strangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung hydraulisch mit der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung und/oder einer angetriebenen Achse mechanisch koppelbar ist. Die mechanische Kopplung mit der angetriebenen Achse ermöglicht die vorab beschriebene Zurückgewinnung von Bremsenergie im Rekuperationsbetrieb.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebs- strangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung zwischen die hydraulische Antriebseinrichtung und eine Kupplung geschaltet ist, über welche die hydraulische Antriebseinrichtung mit der angetriebenen Achse koppelbar ist. Die Kupplung ist vorzugsweise als Trennkupplung ausgeführt. Wenn die Kupplung geschlossen ist, dann ist die hydraulische Antriebseinrichtung drehfest mit der angetriebenen Achse verbunden. Bei geöffneter Kupplung ist die drehfeste Verbindung zur angetriebenen Achse unterbrochen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebs- strangs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebeeinrichtung zwischen die Kupplung und die angetriebene Achse geschaltet ist. Bei der Getriebeeinrichtung handelt es sich zum Beispiel um eine Übersetzungsstufe. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebs- strangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung über ein Getriebe mit der hydraulischen Antriebseinrichtung und der angetriebenen Achse beziehungsweise der Getriebeeinrichtung gekoppelt ist. Das Getriebe ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführt. Eine weitere Kupplung kann vorteilhaft in das Planetengetriebe integriert sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebs- strangs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Kupplung zwischen das Getriebe und die angetriebene Achse beziehungsweise die Getriebeeinrichtung geschaltet ist. Die weitere Kupplung ist vorzugsweise ebenfalls als Trennkupplung ausgeführt. Über die weitere Kupplung kann die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung mechanisch von der angetriebenen Achse entkoppelt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebs- strangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinrichtung zwei Hydrostaten umfasst. Als Hydrostat werden hydraulische Maschinen bezeichnet, die sowohl als hydraulischer Motor als auch als hydraulische Pumpe funktionieren. Bei den hydraulischen Maschinen handelt es sich zum Beispiel um Axialkolbenmaschinen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikhybridantriebs- strangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Starter/Generator für die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung einem zweiten Hydrostaten zugeordnet ist, der wiederum der angetriebenen Achse zugeordnet ist. Ein erster Hydrostat ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung des Getriebes, der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung zugeordnet. Dabei wirkt der erste Hydrostat zum Beispiel als hydraulische Pumpe, über die ein beziehungsweise der hydraulische Druckspeicher der hydraulischen Antriebseinrichtung aufgeladen werden kann. Der zweite Hydrostat wirkt dann als hydraulischer Motor, über den die angetriebene Achse mit hydraulischer Energie aus dem hydraulischen Druckspeicher oder hydraulischen Energiespeicher angetrieben werden kann.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hydraulikhybridantriebsstrangs. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zum Beispiel einen Rekuperationsbetrieb, in welchem sowohl eine elektrische Energiespeichereinrichtung, wie eine elektrische Batterie, als auch ein hydraulischer Energiespeicher beziehungsweise Druckspeicher im Schubbetrieb des Hydraulikhybridantriebsstrangs aufgeladen werden kann. Durch das Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung kann insbesondere ein beziehungsweise der zweite Hydrostat, welcher der angetriebenen Achse zugeordnet ist, in wirkungsgradgünstigeren Betriebspunkten betrieben werden. Darüber hinaus kann die elektrische Energiespeichereinrichtung aus dem hydraulischen Energiespeicher beziehungsweise Druckspeicher geladen werden, und umgekehrt. Die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung wird zum Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung vorteilhaft erst dann benötigt, wenn ein mit dem Hydraulikhybridantriebsstrang ausgestattetes Hydraulikhybridfahrzeug steht und der hydraulische Energiespeicher beziehungsweise Druckspeicher leer ist. Daraus ergeben sich Vorteile im Kraftstoffverbrauch der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der einzigen beiliegenden Figur ist ein erfindungsgemäßer Hydraulikhybridantriebsstrang vereinfacht dargestellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der beiliegenden Figur ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang 1 mit einer angetriebenen Achse 3 vereinfacht dargestellt. Die angetriebene Achse 3 ist mit zwei angetriebenen Rädern 4, 5 versehen, die über ein Differenzial 6 angetrieben werden. Das Differenzial 6 ist als Ausgleichsgetriebe ausgeführt, das Drehzahlunterschiede der angetriebenen Räder 4, 5 in Kurven ausgleicht und ein Antriebsmoment gleichmäßig auf die angetriebenen Räder 4, 5 verteilt.

Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst eine verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung 10 und eine hydraulische Antriebseinrichtung 20. Die verbren- nungsmotorische Antriebseinrichtung 10 ist als Brennkraftmaschine ausgeführt und wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Die hydraulische Antriebseinrichtung 20 umfasst einen ersten Hydrostaten 21 und einen zweiten Hydrostaten 22.

Die beiden Hydrostaten 21 , 22 sind jeweils als hydraulische Maschine ausgeführt, die sowohl als hydraulische Pumpe als auch als hydraulischer Motor betrieben werden kann. Dabei können die beiden Hydrostaten 21 , 22 zum Beispiel als hydraulische Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein.

Die hydraulische Antriebseinrichtung 20 umfasst des Weiteren eine Ventileinrichtung 24, die mehrere Ventile umfasst, die im Einzelnen nicht dargestellt sind. Die hydraulische Antriebseinrichtung 20 umfasst des Weiteren einen hydraulischen Energiespeicher 25, der als Hochdruckspeicher ausgeführt ist. Die hydraulische Antriebseinrichtung 20 umfasst des Weiteren einen hydraulischen Energiespeicher 26, der als Niederdruckspeicher ausgeführt ist.

Durch einfache Linien zwischen der Ventileinrichtung 24 und den Hydrostaten 21 , 22 sowie den hydraulischen Energiespeichern 25, 26 ist angedeutet, dass die genannten Hydraulikkomponenten 21 bis 26 hydraulisch miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck sind, anders als dargestellt, eine Vielzahl von hydraulischen Leitungen sowie eine Vielzahl von hydraulischen Ventilen erforderlich, deren Aufbau und Funktion prinzipiell aber bekannt sind. Daher werden diese Hydraulikkomponenten im Einzelnen hier nicht näher beschrieben.

Ein Getriebe 30 ist zwischen die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung 10 und den ersten Hydrostaten 21 geschaltet. Durch einen Doppelstrich ist eine mechanische Kopplung 31 zwischen dem Getriebe 30 und dem ersten Hydrostaten 21 angedeutet. Durch einen weiteren Doppelstrich ist eine mechanische Kopplung 32 zwischen dem Getriebe 30 und einer Getriebeeinrichtung 35 angedeutet. Zwischen dem Getriebe 30 und der Getriebeeinrichtung 35 ist eine Kupplung 40 angeordnet.

Das Getriebe 30 ist als Planetengetriebe ausgeführt. Eine weitere, nicht näher bezeichnete Kupplung ist vorteilhaft in das Planetengetriebe 30 integriert. Bei der Getriebeeinrichtung 35 handelt es sich um eine Übersetzungsstufe. Durch einen weiteren Doppelstrich ist eine mechanische Kopplung 45 zwischen dem zweiten Hydrostaten 22 und der Getriebeeinrichtung 35 angedeutet. Ein elektrischer Starter/Generator 50 ist durch die mechanische Kopplung 45 mechanisch mit dem zweiten Hydrostaten 22 gekoppelt. Die mechanische Kopplung 45 kann als Übersetzungsstufe ausgeführt sein.

Eine weitere Kupplung 60 ist zwischen dem elektrischen Starter/Generator 50 und der Getriebeeinrichtung 35 angeordnet. Der elektrische Starter 50 ist als elektrischer Generator ausgeführt und elektrisch mit einer (nicht dargestellten) elektrischen Energiespeichereinrichtung verbunden, die auch als elektrische Batterie bezeichnet wird.

Der erste Hydrostat 21 funktioniert zum Beispiel als hydraulische Pumpe, die über das Getriebe 30 von der verbrennungsmotorischen Antriebseinrichtung 10 angetrieben wird. Dann pumpt der erste Hydrostat 21 Hydraulikmedium aus dem

Niederdruckspeicher 26 in den Hochdruckspeicher 25.

Der zweite Hydrostat 22 kann durch das mit Hochdruck beaufschlagte Hydraulikmedium in dem Hochdruckspeicher 25 in seiner Motorfunktion hydraulisch an- getrieben werden. Die hydraulische Antriebsleistung des zweiten Hydrostaten 22 wird über die Getriebeeinrichtung 35 und das Differenzial 6 auf die angetriebenen Räder 4, 5 übertragen.

Im Schubbetrieb des Hydraulikhybridantriebsstrangs 1 kann Bremsenergie von den Rädern 4, 5 über das Differenzial 6 und die Getriebeeinrichtung 35 auf den elektrischen Starter 50 sowie über den zweiten Hydrostaten 22 auf den Hochdruckspeicher 25 übertragen werden. Die zurückgewonnene Bremsenergie kann also sowohl elektrisch als auch hydraulisch gespeichert werden. Der elektrische Starter/Generator 50 kann elektrisch betrieben werden, um die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung 10 zu starten. Zu diesem Zweck kann ein von dem elektrischen Starter/Generator 50 bereitgestelltes Drehmoment bei geöffneten Kupplungen 40 und 60 über die hydraulische Antriebseinrichtung 20 und das Getriebe 30 auf die verbrennungsmotorische Antriebseinrichtung 10 übertragen werden.