CH704652A1

Drive unit for operating vehicle, has electric motor that drives displacement compressor for loading air in internal combustion engine, and gear box which provides variable output speeds

Abstract

A drive unit (1) for the operation of a vehicle is provided with a) a drive shaft (20) driving, with charge air rechargeable internal combustion engine (2), b) one of the internal combustion engine (2) downstream exhaust gas turbine (26) for operating an electric Generator (30), c) whose (30) electricity generated in one, preferably from an external power grid, eg via a rectifier (76), rechargeable, battery (31) can be fed for temporary storage, and d) an electric motor (25) operable with the current generated by the generator (30), e) with the drive shaft (20) via a transmission (22) is connected. According to the invention, the reduction gear (22) f) is one with variable output speeds, g) the transmission (22) is a coupling member (21) is switched, h) the charge air for the internal combustion engine is driven by a means of a further electric motor (17) driving means (16 ), preferably a positive displacement compressor, and i) the waste gas turbine (26) is intended and designed exclusively for driving the generator (30).

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15 claims: 15 independent, 0 dependent

  1. 1
    Patentansprüche claims 1. Drive unit (1) for the operation of a vehicle with 1. Antriebseinheit (1) für den Betrieb eines Fahrzeuges mit a) a via a drive shaft (20) driving the vehicle, with charge air rechargeable internal combustion engine (2), a) einer über eine Antriebswelle (20) das Fahrzeug antreibenden, mit Ladeluft aufladbaren Verbrennungskraftmaschine (2), b) einer der Verbrennungskraftmaschine (2) nachgeschalteten Abgas-Nutzturbine (26) zum Betrieb eines elektrischen Generators (30), b) one of the internal combustion engine (2) downstream exhaust gas turbine (26) for operating an electric generator (30), c) dessen (30) erzeugter Strom in eine, vorzugsweise aus einem externen Stromnetz, z.B. über einen Gleichrichter (76), aufladbaren, Batterie (31) zur zwischenzeitlichen Speicherung einspeisbar ist, c) whose current (30) can be fed into a battery (31) which can be charged, preferably from an external power network, eg via a rectifier (76), for intermediate storage, d) an electric motor (25) which can be operated by the current generated by the generator (30), d) einem mit dem vom Generator (30) erzeugten Strom betreibbaren Elektromotor (25), CH 704 652 A1 CH 704 652 A1 e) connected to the output shaft (23) of one of the internal combustion engine (2) downstream transmission (22), characterized e) der mit der Abtriebswelle (23) eines der Verbrennungskraftmaschine (2) nachgeschalteten Getriebes (22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, f) dass das Getriebe (22) eines mit variablen Eingangs- bzw. Abgangsdrehzahlen ist, f) that the transmission (22) is one with variable input and output speeds, g) dass dem Getriebe (22) ein Kupplungsglied (21) zugeschaltet ist, g) that the transmission (22) a coupling member (21) is switched on, h) die Ladeluft für die Verbrennungskraftmaschine von einem mittels eines weiteren Elektromotors (17) antreibbaren Fördermittel (16), vorzugsweise einem Verdrängerverdichter, bereitstellbar ist, und h) the charge air for the internal combustion engine by a means of a further electric motor (17) drivable conveying means (16), preferably a Verdrängerverdichter, can be provided, and i) dass die Abgas-Nutzturbine (26) ausschliesslich für den Antrieb des Generators (30) vorgesehen und ausgebildet ist. i) that the exhaust gas turbine (26) exclusively for the drive of the generator (30) is provided and designed.
  2. 2
    Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Nutzturbine (26) zum Antrieb des Generators (30) über ein Getriebe (29J mit diesem mechanisch verbunden ist. Second Drive unit (1) according to claim 1, characterized in that the exhaust gas power turbine (26) for driving the generator (30) via a transmission (29J is mechanically connected thereto.
  3. 3
    Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (31) über Bypass-Stromführungen (49, 50) und mindestens einen Stromunterbrechungs-Schalter (46, 47, 74, 85, 86) überbrückbar ist, und dass der/die Stromunterbrechungs-Schalter (46, 47, 74, 85, 86) von einem Steuerkreis (32, 61) zur Überbrückung der Batterie (31) bei Unterschreiten einer Mindestspannung betätigbar sind. Third Drive unit (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the battery (31) via bypass current guides (49, 50) and at least one current interrupt switch (46, 47, 74, 85, 86) can be bridged, and that the current interruption switch (46, 47, 74, 85, 86) of a control circuit (32, 61) for bypassing the battery (31) are actuated when a minimum voltage is exceeded.
  4. 4
    Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (32) mit einem Programm vorgesehen ist, durch welches dem Elektromotor (17) für den Antrieb des Ladeluft zum Verbrennungsmotor (2) bringenden Fördermittels (16) Priorität eingeräumt und dieser daher im wesentlichen stets mit Strom von der Batterie (31) und/oder dem Generator (30) belieferbar ist, und erst bei noch ungenutzter Stromlieferkapazität der mit der Abtriebswelle (23) in Verbindung stehende Elektromotor (25) mit Strom versorgbar ist, wobei dem Steuergerät mindestens eine Signalübertragungseinrichtung (53, 61) zugeordnet ist, durch welche die Stromlieferkapazität feststellbar ist. 4th Drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a control unit (32) is provided with a program by which the electric motor (17) for driving the charge air to the internal combustion engine (2) conveying means (16) given priority and Therefore, this is essentially always supplied with power from the battery (31) and / or the generator (30), and only at unused power supply capacity of the output shaft (23) related electric motor (25) can be supplied with power, wherein the control unit at least one signal transmission means (53, 61) is assigned, by which the power supply capacity is determined.
  5. 5
    Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (32) mit einem Programm vorgesehen ist, durch welches beim Erreichen eines vorgegebenen, durch eine Signalübertragung (61) aus der Batterie (31) festgestellten Mindest-Speicher-Potentials, die Gesamtstromlieferung pro Zeiteinheit aus der Batterie (31), im Verhältnis zur kontinuierlich zeitlichen Einspeisung durch den Generator (30) kleiner ausfällt. 5th Drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a control device (32) is provided with a program, by which upon reaching a predetermined, by a signal transmission (61) from the battery (31) detected minimum storage potential , the total power supply per unit time from the battery (31), in relation to the continuous time feed by the generator (30) is smaller.
  6. 6
    Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fahrerkabine (72) ein Wahlschalter (79) vorgesehen ist, der mit einem über das Steuergerät (32) zum Generator (30) und zur Batterie führenden Steuerkreis (32, 53, 61) verbunden ist, und durch welchen der prozentuale Anteil an aus dem Speicherpotential der Batterie (31) zu beziehender Energie pro Zeiteinheit im Verhältnis zur vom Generator (30) eingespeisten Energie pro Zeiteinheit festlegbar ist, vorzugsweise unter Abzug der für den Betrieb des Fördermittels (16) bzw. des Elektromotors (17) abgezweigten Energie. 6th Drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a selector switch (79) is provided in the driver's cab (72) which is connected to a control circuit (32, 32) leading to the generator (30) and to the battery. 53, 61) is connected, and by which the percentage of energy to be drawn from the storage potential of the battery (31) per unit time in relation to the energy supplied by the generator (30) per unit time can be determined, preferably with deduction of the branched off for the operation of the conveyor (16) and the electric motor (17) energy.
  7. 7
    Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (32) mit einem Programmspeicher vorgesehen ist, in welchem Kennwerte aus Konstruktion und Auslegung der einzelnen, oben genannten Aggregate, nämlich der Verbrennungskraftmaschine (2), der Abgas-Nutzturbine (26), des Fördermittels (16) und der Elektromotoren (17) und (25), wie Drehmomente/Leistungen in Funktion der Drehzahlen, Stromstärken/Leistungen in Funktion der Drehzahlen und Feldmagnetisierungen usw. abgespeichert sind. 7th Drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a control unit (32) is provided with a program memory, in which characteristic values ​​of construction and design of the individual, above-mentioned units, namely the internal combustion engine (2), the exhaust gas turbine (26), the conveyor (16) and the electric motors (17) and (25), such as torques / powers as a function of rotational speeds, Amperages / powers in function of speeds and field magnetizations, etc. are stored.
  8. 8
    Antriebseinheit (1) nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (17) zum Betrieb des Fördermittels (16) ein Motor (17) mit variabler Drehzahl ist und übereinen Steuerkreis (41,66,32,52) seine Drehzahl bzw. die Drehzahl des Fördermittels (16) in einem proportionalen Verhältnis zur jeweiligen Drehzahl der Antriebswelle (20) der Verbrennungskraftmaschine (2) haltbar und veränderbar ist. 8th. Drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (17) for operating the conveying means (16) is a variable-speed motor (17) and its speed or speed via a control circuit (41,66,32,52). the speed of the conveyor (16) in a proportional ratio to the respective speed of the drive shaft (20) of the internal combustion engine (2) is durable and changeable.
  9. 9
    Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungssinn des Drehmomentes an der Abtriebswelle (23) des Getriebes (22), nämlich ob die Verbrennungskraftmaschine (2) zusammen mit dem Elektromotor 25 vorantreibt oder umgekehrt die kinetische Energie der Fahrzeugmasse die Verbrennungskraftmaschine treibt, durch einen Sensor (39) erfassbar ist, und bei dem so festgestellten Wechsel von Fahr-Vortrieb auf Auslauf Rollbetrieb ein mit dem Sensor (39) verbundenes Steuergerät (32) den Elektromotor (25) auf Generator betrieb und/oder die Ein- und Auslassventile (6, 7) auf Luft-Pump-Aktion zum bremsenden Pumpen von Luft in die Abgas-Nutzturbine (26) und/oder ein 3-Weg-Ventil (81) in der Ansaugleitung (11) der Verbrennungskraftmaschine (2) auf Lufteinlass stellbar ist, wobei gleichzeitig die Brennstoffzufuhr (8, 8a) und das Fördermittel (16) via dessen Elektromotor (17) stilllegbar ist, und dass vorzugsweise ein Drucksensor (35) für den Druck am Bremspedal (34) des Fahrzeuges vorgesehen ist, welcher an einen Steuerkreis (59, 32, 53, 54) angeschlossen ist, über den der mit der Abtriebswelle (23) getrieblich verbundene Elektromotor (25) in einen Generatorbetrieb schaltbar ist, und insbesondere vorhergehend oder anschliessend - proportional der Druckzunahme am Drucksensor (35) - der LuftPump-Betrieb der Verbrennungskraftmaschine einschaltbar ist, wobei gegebenenfalls die zu produzierende Stromstärke des im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotors (25) und damit das Bremsmoment, insbesondere durch Veränderung der Feldmagnetisierung, veränderbar ist. 9th Drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sense of direction of the torque on the output shaft (23) of the transmission (22), namely whether the internal combustion engine (2) together with the electric motor 25 drives or vice versa, the kinetic energy of the vehicle mass drives the internal combustion engine, can be detected by a sensor (39), and in the thus determined change of driving propulsion to run-out rolling operation connected to the sensor (39) control unit (32) the electric motor (25) operating on the generator and / or the inlet and outlet valves (6, 7) on air pump Action for the braking pumping of air into the exhaust gas power turbine (26) and / or a 3-way valve (81) in the intake line (11) of the internal combustion engine (2) is adjustable to air intake, at the same time the fuel supply (8, 8a) and the conveying means (16) via the electric motor (17) is silent, and that preferably a pressure sensor (35) for the pressure on the brake pedal (34) of the vehicle is provided, which to a control circuit (59, 32, 53, 54 ) is connected, via which with the output shaft (23) is operatively connected electric motor (25) is switchable into a generator mode, and in particular before or subsequently - proportional to the pressure increase at the pressure sensor (35) - the LuftPump operation of the internal combustion engine is switched on, where appropriate, the current to be produced current of the generator operating electric motor (25) and thus the braking torque, in particular by changing the field magnetization, changeable is.
  10. 10
    Antriebseinheit (1) nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fahrerkabine (72) ein Umschalter (89) vorgesehen ist, der an einen Steuerkreis (90, 32, 88, 87; 52, 93) zum Abtrennen der Ver10 10th Drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the driver's cab (72) there is provided a change-over switch (89) which is connected to a control circuit (90, 32, 88, 87, 52, 93) for disconnecting the Ver10 CH 704 652 A1 brennungskraftmaschine (2) vom Getriebe (22) über die Kupplung (21) des Fahrzeuges bei gleichzeitigem Antrieb desselben durch den Elektromotor (25) angeschlossen ist, wobei vorzugsweise der Steuerkreis (90, 32, 88, 87; 52, 93) auch zum Abschalten der Verbrennungskraftmaschine (2) und des Elektromotors (17) für den Antriebs des Fördermittels ausgebildet ist. CH 704 652 A1 internal combustion engine (2) from the transmission (22) via the clutch (21) of the vehicle while driving the same by the electric motor (25) is connected, wherein preferably the control circuit (90, 32, 88, 87, 52, 93 ) is also designed for switching off the internal combustion engine (2) and the electric motor (17) for the drive of the conveying means. CH 704 652 A1 CH 704 652 A1 CH 704 652 A1 CH 704 652 A1 RECHERCHENBERICHT ZUR SEARCH REPORT SCHWEIZERISCHEN PATENTANMELDUNG SWISS PATENT APPLICATION Classification of Application (IPC):B60K6 / 22, B60K6 / 48, F02B41 / 10, F02B39 / 10, B60W20 / 00 Klassifikation der Anmeldung (IPC): B60K6/22, B60K6/48, F02B41/10, F02B39/10, B60W20/00 Anmeldenummer: CH00433/11 Application number: CH00433 / 11 Recherchierte Sachgebiete (IPC): Researched subject areas (IPC): B60K, F02B, B60W B60K, F02B, B60W EINSCHLÄGIGE DOKUMENTE: RELATED DOCUMENTS: (Document reference, category, claims involved, indication of relevant parts (*)) (Referenz des Dokuments, Kategorie, betroffene Ansprüche, Angabe der massgeblichen Teile(*)) 1 US20.1.0044129.A1 (HYBRID ELECTRIC CONVERSION CO [US]) 25.02.2010 Category: X Claims: 1, 2, 5, 10 * [0009-0010], [0013-0014], [0017], [0020-0021 ], [0023], [0037], [0039-0040], [0042], [0046], [0051-0054], [0062-0063], [0068-0069] * 1 U.S.20.1.0044129.A1 (HYBRID ELECTRIC CONVERSION CO [US]) 25.02.2010 Kategorie: X Ansprüche: 1, 2, 5,10 * [0009-0010], [0013-0014], [0017], [0020-0021], [0023], [0037], [0039-0040], [0042], [0046], [0051-0054], [0062-0063], [0068-0069] * Category: Y Claims: 3, 4, 7, 8 ★★ Kategorie: Y Ansprüche: 3, 4, 7, 8 ★ ★ 2 1132007151241 A1 (HONEYWELL [US];(B2);HONEYWELL INT INC [US]) 05.07.2007 2 1132007151241 A1 (HONEYWELL [US];(B2);HONEYWELL INT INC [US]) 05.07.2007 Category: Y Claims: 8 * [0003], [0026-0031], [0036], [0038], [0043-0045], [0060], [0067], Fig.4;Claim 13 * Kategorie: Y Ansprüche: 8 * [0003], [0026-0031], [0036], [0038], [0043-0045], [0060], [0067], Fig.4;Anspruch 13 * Category: A Claims: 1, 3, 5, 7,10 ★★ Kategorie: A Ansprüche: 1, 3, 5, 7,10 ★ ★ 3 JP9032569A (MITSUBISHI MOTORS CORP) 04.02.1997 3 JP9032569 Ä (MITSUBISHI MOTORS CORP) 04.02.1997 Category: Y Claims: 7 * [0006], [0007-0012], [0025], [0027-0029], [0031] Kategorie: Y Ansprüche: 7 * [0006], [0007-0012], [0025], [0027-0029], [0031] * Category: A Claims: 1, 5, 6 ★★ Kategorie: A Ansprüche: 1, 5, 6 ★ ★ 4 US2010107994A1 06.05.2010 4 US2010107994Ä1 06.05.2010 Category: A Claims: 1 * [0064], [0077];FIG. 3 * Kategorie: A Ansprüche: 1 * [0064], [0077];Figur 3 * 5 JP20GS33083S Ä (MAZDA MOTOR) 02.12.2005 5 JP20GS33083S Ä (MAZDA MOTOR) 02.12.2005 Category: A Claims: 1 * [0033];FIG. 1 * Kategorie: A Ansprüche: 1 * [0033];Figur 1 * 6 US2008254940 et al ((A1 B2);FORD GLOBAL TECH LLC [US]) 16.10.2008 6 US2008254940 Ät ((A1 B2);FORD GLOBAL TECH LLC [US]) 16.10.2008 Category: A Claims: 1 * [0012], [0014], [0017];FIG. 2 * Kategorie: A Ansprüche: 1 * [0012], [0014], [0017];Figur 2 * 7 US2008046894, published Apr. 2, 2006 7 US2008046894 Ät 02.03.2006 Category: A Claims: 2 * [0009] Kategorie: A Ansprüche: 2 * [0009] * 8 WO20O8O7513O Â1 (RENAULT TRUCKS [FR];SARTRE VINCENT [FR]) 26.06.2008 8th WO20O8O7513O1 (RENAULT TRUCKS [FR];SARTRE VINCENT [FR]) 26.06.2008 Category: A Claims: 1-10 * p. 5 line 21-24;Claim 8;entire document * Kategorie: A Ansprüche: 1-10 * S. 5 Zeile 21-24;Anspruch 8;gesamtes Dokument * CH 704 652 A1 CH 704 652 A1 9 US8847724 fô1 (HONEYWELL INT INC [USD 18.11.2003 9 US8847724 fô1 (HONEYWELL INT INC [USD 18.11.2003 Category: Y Claims: 3 * column 3 rows 5-33, column 4 row 45 - column 5 row 5, column 5 row 64 - column 6 row 20, column 8 rows 16-49 * Kategorie: Y Ansprüche: 3 * Spalte 3 Zeilen 5-33, Spalte 4 Zeile 45 - Spalte 5 Zeile 5, Spalte 5 Zeile 64 - Spalte 6 Zeile 20, Spalte 8 Zeilen 16-49 * 10 U.S20Ö31.G2873 AI (TOYOTA MOTOR CO LTD [JP]) 05.06.2003 10 U.S20Ö31.G2873 AI (TOYOTA MOTOR CO LTD [JP]) 05.06.2003 Category: Y Claims: 3 * [0023], [0064], [0086], [0120], [0138] Kategorie: Y Ansprüche: 3 * [0023], [0064], [0086], [0120], [0138] *
  11. 11
    11 US.82.82897.il 04.09.2001 11 US.82.82897.il 04.09.2001 Category:A claims: 2, 4, 8 * column 3 line 33 - column 4 line 16;Column 5 lines 3-9;Claims 1,2,4;Figs. 6.7;* Kategorie: A Ansprüche: 2, 4, 8 * Spalte 3 Zeile 33 - Spalte 4 Zeile 16;Spalte 5 Zeilen 3-9;Ansprüche 1,2,4;Figs. 6,7;*
  12. 12
    12 DEI02.0.07.01.7777 A1 (SIEMENS AG [DE]) 23.10.2008 12 DEI02.0.07.01.7777 Ä1 (SIEMENS AG [DE]) 23.10.2008 Category:Y Claims: 4 * [0022], [0024-0025], [0027];[0029], [0030], [0039], [0041], [0064] Kategorie: Y Ansprüche: 4 * [0022], [0024-0025], [0027];[0029], [0030], [0039], [0041], [0064] * Category: A Claims: 2, 7 * ★ Kategorie: A Ansprüche: 2, 7 * ★
  13. 13
    13 DE1020G5047940 A1 (VOLKSWAGEN AG [DE]; SKODA AUTO AS [CZ]) 12.04.2007 Category:Y Claims: 7 * - [0024], [0027-0028], [0030] 13 DE1020G5047940 A1 (VOLKSWAGEN AG [DE];SKODA AUTO AS [CZ]) 12.04.2007 Kategorie: Y Ansprüche: 7 * [0023]-[0024], [0027-0028], [0030] * Category: A Claims: 5,10 Kategorie: A Ansprüche: 5,10
  14. 14
    14US589826.2.A (B C RESEARCH INC [CA]) 27.04.1999 Kategorie:A Ansprüche: 5 * Spalte 3 Zeilen 13-21 & 40-55;Ansprüche 1,3,4,6,9 * 14US589826.2.A (BC RESEARCH INC. [CA]) 27.04.1999 Category: A Claims: 5 * column 3 lines 13-21 & 40-55;Claims 1,3,4,6,9 *
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    15 US2,008204280.AI (GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC [US]) 13.08.2009 Category:A Claims: 9,10 * [0035-0037], [0041] 15 US2.008204280.AI (GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC [US]) 13.08.2009 Kategorie: A Ansprüche: 9,10 *[0035-0037], [0041] * CATEGORY OF THE CITED DOCUMENTS: KATEGORIE DER GENANNTEN DOKUMENTE: X: stellen für sich alleine genommen die Neuheit und/oder die P: X: take alone the novelty and / or the P: erfinderische Tätigkeit in Frage inventive step in question Y: put in combination with a document of the same Y: stellen in Kombination mit einem Dokument der selben Category the inventive activity in question D: Kategorie die erfinderische Tätigkeit in Frage D: A: define the general state of the art;without E: A: definieren den allgemeinen Stand der Technik;ohne E: besondere Relevanz bezüglich Neuheit und erfinderischer Tätigkeit &: special relevance regarding novelty and inventive step &: were filed between the filing date of the retrieved patent application and the claimed priority date, patent documents whose filing date or priority date precedes the filing date of the searched application but which were not published until after that date are members of the same patent family, corresponding document wurden zwischen dem Anmeldedatum der recherchierten Patentanmeldung und dem beanspruchten Prioritätsdatum veröffentlicht wurden vom Anmelder in der Anmeldung angeführt Patentdokumente, deren Anmelde- oder Prioritätsdatum vor dem Anmeldedatum der recherchierten Anmeldung liegt, die aber erst nach diesem Datum veröffentlicht wurden Mitglied der gleichen Patentfamilie, übereinstimmendes Dokument
Independent claims15