(57)【要約】【課題】  本発明は、内燃機関，連結器，電気機械及び電気式のエネルギー貯蔵器を有するハイブリッド車用の駆動系にあって、この場合、この電気機械は、この電気式のエネルギー貯蔵器を充電する発電機として使用可能であり及び／又はこの電気式のエネルギー貯蔵器の放電下では原動機として利用可能である駆動系に関する。【解決手段】  この電気式のエネルギー貯蔵器は、付設された第２電気機械を有するフライホイールエネルギー貯蔵器として構成されていて、この場合、このフライホイールエネルギー貯蔵器は、固有の連結器を介して内燃機関に機械式に連結可能であり、したがって機械式にも充放電可能であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関，連結器，電気機械及び電気式のエネルギー貯蔵器を有するハイブリッド車用の駆動系にあって、この場合、この電気機械は、この電気式のエネルギー貯蔵器を充電する発電機として使用可能であり及び／又はこの電気式のエネルギー貯蔵器の放電下では原動機として利用可能である駆動系において、
この電気式のエネルギー貯蔵器は、付設された第２電気機械を有するフライホイールエネルギー貯蔵器として構成されていて、この場合、このフライホイールエネルギー貯蔵器は、固有の連結器を介して内燃機関に機械式に連結可能であり、したがって機械式にも充放電可能であることを特徴とする駆動系。
【請求項２】
フライホイールエネルギー貯蔵器，付設された第２電気機械及び固有の連結器が、１つのユニットとして特に内燃機関と変速機との間のシャフト上に設けられている請求項１に記載の駆動系。
【請求項３】
フライホイールエネルギー貯蔵器，両電気機械及び固有の連結器が、１つのユニットとして特に内燃機関と変速機との間のシャフト上に設けられている請求項１に記載の駆動系。
【請求項４】
もう１つの連結器が、第２電気機械をフライホイールエネルギー貯蔵器からその連動を断つために設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動系。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動系を有するハイブリッド車。
【請求項６】
固有の連結器が開かれ、これによってフライホイールエネルギー貯蔵器が、付設された第２電気機械を通じて電気エネルギーを吸収又は出力する請求項５に記載のハイブリッド車を運転する方法。
【請求項７】
特に、前記電気機械を純粋な電気走行のための原動機として又は内燃機関に追加した（電気推進の）原動機として運転するため、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設されたこの第２電気機械が、電気エネルギーを出力し、又は、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設されたこの第２電気機械が、電気エネルギーを吸収し、これらの電気エネルギーは、発電機として運転されかつ内燃機関によって駆動される電気機械から出力され（電気的な充電）、又は、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設されたこの第２電気機械が、電気エネルギーを吸収し、これらの電気エネルギーは、ハイブリッド車のエンジンブレーキ運転中に発電機として運転される電気機械から出力される（回生）ことによって、パラレルハイブリッド方式が提唱されている請求項６に記載の方法。
【請求項８】
固有の連結器が閉じられ、これによってフライホイールエネルギー貯蔵器が、内燃機関に機械式に連結され、機械的なエネルギーが、このフライホイールエネルギー貯蔵器によって吸収されるつまり機械的なエネルギーがこのフライホイールエネルギー貯蔵器に対して出力される請求項５に記載のハイブリッド車を運転する方法。
【請求項９】
前記フライホイールエネルギー貯蔵器は、内燃機関によって機械式に駆動され、ハイブリッド車を駆動する電気機械のための電気エネルギーを付設された第２電気機械を通じて供給する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記内燃機関は、フライホイールエネルギー貯蔵器による機械式の手段を用いて再始動される請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載のハイブリッド車用の駆動系に関する。さらに本発明は、同様に対応するハイブリッド車及び運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車は、一般に１つの内燃機関及び少なくとも１つの電気機械を有する。この場合、この内燃機関は、電気エネルギー貯蔵器、例えば車両バッテリーを充電するために（シリーズハイブリッド方式）及び／又はハイブリッド車を動かすエンジンとして（パラレルハイブリッド方式）設けられている。電気エネルギー貯蔵器が、一時的に充電され、次いでその他の期間に対してハイブリッド車を電気式に動かすために使用されることによって、これらの両運転状態も提供されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、エネルギー変換時の特に損失が最低限に抑えられる、ハイブリッド車用の効率の良い電気エネルギー貯蔵器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のこの課題は、請求項１の特徴に記載のハイブリッド車用の駆動系，請求項５の特徴に記載のハイブリッド車及び請求項６又は８に記載の運転方法によって解決される。好適な構成及びその他の構成は、従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明によれば、ハイブリッド車用の駆動系が電気エネルギー貯蔵器を有することが提唱されている。この電気エネルギー貯蔵器は、付設された第２電気機械を有するフライホイールエネルギー貯蔵器として構成されている。この場合、このフライホイールエネルギー貯蔵器は、固有の連結器を介して内燃機関に機械式に連結可能である。これによって、このフライホイールエネルギー貯蔵器は機械式にも充放電可能である。この場合、フライホイールエネルギー貯蔵器は、通常使用されるバッテリーに比べて高いエネルギー密度で磨耗のないエネルギー貯蔵の利点を既に提供している。このフライホイールエネルギー貯蔵器が、本発明によって電気式に利用可能であるだけではなくて、さらに機械式にも利用可能である。したがって、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換時の損失及び電気エネルギーから機械エネルギーへの損失時の損失がなくなる。さらに、電気機械（電気式稼働部）が、例えばフライホイールエネルギー貯蔵器の高い回転数の範囲内で使用され、内燃機関（機械式稼働部）が、低い回転数の範囲内で使用されることによって、エネルギー貯蔵器が、その都度のエネルギー消費機器又はエネルギー供給源に最適に適合され得る。
【０００６】
本発明の第１の実施形では、フライホイールエネルギー貯蔵器，付設された第２電気機械及び固有の連結器が、ハイブリッド車の内燃機関と変速機との間の特にシャフト上に１つのユニットとして設けられている。したがって、汎用的に使用可能なユニットが構成される。このユニットの場合、フライホイールエネルギー貯蔵器又は固有の連結器を介した内燃機関に対する機械式の連結部が設けられている。
【０００７】
本発明の第２の実施形では、フライホイールエネルギー貯蔵器，両電気機械及び連結器が、ハイブリッド車の内燃機関と変速機との間の特にシャフト上に１つのユニットとして設けられていることが提唱されている。このことは、簡単に構成すべきハイブリッド車を可能にする。このハイブリッド車の場合、主な要素が、１つのユニットによって構成可能である。
【０００８】
好ましくは、付設された第２電気機械をフライホイールエネルギー貯蔵器から連動を断つためのもう１つの連結器を設けることが提唱される。このため、無駄な電力供給がなくなることによって、エネルギーがさらに節減される。
【０００９】
対応するハイブリッド車を運転する本発明の方法は、固有の連結器が開かれ、これによってフライホイールエネルギー貯蔵器が、付設された第２電気機械を通じて電気エネルギーを吸収し又は出力する、すなわち電気的に利用されることを提唱する。本発明のこの運転方法の場合、通常のいろいろなハイブリッド機能が問題なく実現可能である。特に、純粋な電気走行つまり電気機械による内燃機関のアシスト（電気推進）及び内燃機関によるエネルギー貯蔵器の電気的な充電が可能である。純粋な電気走行に対しては、原動機として運転する電気機械だけがハイブリッド車を動かし、電気推進に対しては、原動機として運転する電気機械が内燃機関と共にハイブリッド車を動かす。この場合、フライホイールエネルギー貯蔵器が、機械エネルギーを付設された第２電気機械に対してその都度出力する。この第２電気機械は、発電機として運転され、したがって電気機械を駆動する電気エネルギーを供給する。エネルギー貯蔵器を充電するため、発電機として運転される電気機械が、内燃機関によって駆動される。この場合、電気機械によって出力される電気エネルギーが、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設された第２電気機械を駆動させる。それ故に、フライホイールエネルギー貯蔵器を機械式に駆動するため、すなわちフライホイールエネルギー貯蔵器の充電のため、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設された第２電気機械が、原動機として利用される。ここでは、内燃機関の燃費の最適化のための内燃機関の負荷点の移動も可能である。すなわち、例えば内燃機関が、ハイブリッド車の減速に対して又は下り坂走行時に伝動部分から切り離されつまり停止され（点火されず）、電気機械が、発電機として運転される時に、回生が、ハイブリッド車のエンジンブレーキの運転中に実現可能である。この場合、このときに供給された電気エネルギーが、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設された第２電気機械を駆動する。それ故にこの第２電気機械は、原動機として運転されて、フライホイールエネルギー貯蔵器を機械式に動かし、したがってこのフライホイールエネルギー貯蔵器を充電する。
【００１０】
オンボード電源に電気エネルギーを連続して供給することは、発電機として運転され、内燃機関によって駆動される電気機械によってつまりフライホイールエネルギー貯蔵器の機械エネルギーを発電機として運転される付設された第２電気機械に対して出力することによって提供され得る。特に、内燃機関が、常に良好な効率によって運転されることが、適切な制御によって保証され得る。内燃機関によって駆動される電気機械が、内燃機関の運転が最適な効率で保証されるだけの電気エネルギーを供給するように、電気エネルギーの分配も実施され得る。オンボード電源によって必要とされる残りの電気エネルギーが、フライホイールエネルギー貯蔵器の機械エネルギーを第２電気機械に対して出力することによって必要に応じて供給される。これに応じてフライホイールエネルギー貯蔵器の充電も制御できて、最適な効率による内燃機関の運転を保証する。電気機械を発電機として運転するため、例えば内燃機関の負荷点が上昇する。このとき、供給された電気エネルギーは、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設された第２電気機械を駆動する。それ故にこの第２電気機械は、原動機として運転されて、フライホイールエネルギー貯蔵器を駆動させ、したがってこのフライホイールエネルギー貯蔵器を充電する。
【００１１】
ハイブリッド車のほぼ停止時に、フライホイールエネルギー貯蔵器が、内燃機関に通じる固有の連結器を開くことによって電気的に充電される、電気エネルギー貯蔵器の運転が好ましい。この場合、電気機械が、内燃機関によって駆動されて、電気エネルギーを生成する発電機として運転される。次いでこの電気エネルギーは、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設された第２電気機械を駆動するために利用される。それ故にこの第２電気機械は、原動機として運転されて、フライホイールエネルギー貯蔵器を機械式に駆動し、したがってこのフライホイールエネルギー貯蔵器を充電する。
【００１２】
対応するハイブリッド車を運転する本発明の別の方法は、固有の連結器が閉じられ、これによってフライホイールエネルギー貯蔵器が内燃機関に機械式に連結されることを提唱する。したがって、フライホイールエネルギー貯蔵器が、機械エネルギーを受け取るか又は出力する。このことは、フライホイールエネルギー貯蔵器内に記憶された機械エネルギーの利用を電気的な変換損失なしに可能にする。この場合、固有の連結器を閉じる前に、フライホイールエネルギー貯蔵器と内燃機関との間の回転数の差が、このフライホイールエネルギー貯蔵器に付設され、原動機として運転される第２電気機械によって電気式に最低限に抑えられることが、乗り心地の理由から提唱され得る。特に、フライホイールエネルギー貯蔵器が内燃機関によって駆動され、そして付設された第２電気機械を通じて電気エネルギーを、ハイブリッド車を動かす電気機械のために供給することによって、シリーズハイブリッド方式が実現可能である。このことは、燃費が最適な内燃機関の出力制御された運転を可能にする。ハイブリッド車を駆動させる電気機械が、回転数に応じてトルクを変え、効率（電気機械のη×変速機のη）が最適になるように付設された変速機を切り替える。換言すれば、このことは、電気式無段変速機を可能にする（電子制御式連続可変トランスミッション方式）。
【００１３】
好ましい方法では、フライホイールエネルギー貯蔵器による機械式の手段を用いた内燃機関の始動又は再始動が提唱されている。これに対して、ハイブリッド車の変速機が、ニュートラル位置に切り替えられる、つまり、変速機と内燃機関との間の連結器が開かれ得る。次いで付設された固有の連結器をスリップさせることによって、内燃機関が、フライホイールエネルギー貯蔵器によって始動される。この代わりに、電気式の手段を用いた内燃機関の始動又は再始動が提唱されている。この場合、始動のためには、電気式のエネルギー貯蔵器が既存の方法で利用される。その一方で再始動のためには、付設された固有の変速機が開かれ、内燃機関が、電気機械によって始動される。この場合、電気式のエネルギー貯蔵器の耐用期間（例えば、車両バッテリーのサイクル寿命）を伸ばすため、内燃機関は、好ましくは機械式の手段を用いて始動される。この機械式の手段が不可能である場合、例えばフライホイールエネルギー貯蔵器が、長い停止時間後に十分なエネルギーをもはや有さない時は、内燃機関は、電気式の手段を用いて始動される。電気式の手段と機械式の手段との選択は、例えばフライホイールエネルギー貯蔵器の監視部を有する適切な電子回路によって特に自動的に実現される。この代わりに又はこれに加えて、手動の選択が、例えばスイッチによって提供されている。
【００１４】
好ましい方法では、機械式のエネルギー貯蔵器の方式が提供されている。この方式の場合、フライホールエネルギー貯蔵器が、車両のほぼ停止時に内燃機関を通じて連結器を閉じることによって機械式に充電される。これに対して、ハイブリッド車の変速機が、ニュートラル位置に切り替えられ、固有の連結器がスリップして切り替えられ得る。
【００１５】
車両のほぼ停止時の電気式又は機械式のエネルギー貯蔵器の運転は、ハイブリッド車の「急速発進」につながる状態でエネルギー貯蔵器の迅速な充電を可能にする。これに対して、電気式のエネルギー貯蔵器としてのフライホイールエネルギー貯蔵器の利点が利用される。特に機械式の充電時に、この充電に必要な電気エネルギーが非常に迅速に提供され得る。このことは、車両がまもなく発進することが運転者に既知である場合に、信号機の前方で例えば待っている時に実現され得る。この場合、信号機が青状態に変わる時に迅速な発進を実施するため、その運転者は、例えば赤状態の間にフライホイールエネルギー貯蔵器を充電する。この迅速な発進時に、フライホイールエネルギー貯蔵器内に蓄えられたエネルギーが、最大許容牽引力に応じて電気機械を通じて変速機に供給され、これによって急速発進を可能にする。この代わりに又はこれに追加して、電気式のエネルギー貯蔵器の方式が設けられている。特に、最初に（すなわち、フライホイールエネルギー貯蔵器の低い回転数の範囲内で）内燃機関が使用され、その後に（すなわち、内燃機関の回転数より明らかに高い、フライホイールエネルギー貯蔵器の高い回転数の範囲内で）１つの電気機械が使用されることによって、フライホイールエネルギー貯蔵器の最適化された急速充電が提供され得る。これに対して、自動式又は手動式の切替装置が、場合によっては例えば対応するスイッチ又はペダルのような急速充電を開始するための操作インターフェースと組み合わせて使用され得る。
【００１６】
以上により、本発明であるフライホイールエネルギー貯蔵器を有するハイブリッド車は、エネルギーの特に好ましい貯蔵を可能にする。このことは、ほとんど磨耗なしに、高いエネルギー密度でかつ貯蔵の良好な効率でつまりエネルギーの良好な出力で実施される。電気式及び／又は機械式の駆動又は非駆動が、駆動系内のフライホイールエネルギー貯蔵器の配置によって実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１中には、本発明が概略的に示されている。この場合、内燃機関ＶＭ，連結器Ｋ１を介して連結されている変速機Ｇ並びに電気要素であるオンボード電源Ｂ及びスターターバッテリーＳのような既存の駆動系のいろいろな要素が使用される。
【００１８】
第１電気機械Ｅ１，第２電気機械Ｅ２，フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭ，もう１つの連結器Ｋ２及び電力機器ＬＥが、さらなる要素として設けられている。この場合、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭが、固有の連結器Ｋ２を介して内燃機関ＶＭに機械式に連結されている。さらに第２電気機械Ｅ２が、フライホイールエネルギー貯蔵器に付設されている。この付設された第２電気機械Ｅ２は、発電機として運転され、したがって電気エネルギーを出力できるか又は原動機として、したがって電気エネルギーを消費する。換言すれば、付設された第２電気機械Ｅ２は、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭの機械的な解放時に発電機として運転され、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭの電気的な充電時に原動機として運転される。
【００１９】
固有の連結器Ｋ２が開いている時に、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭが、内燃機関ＶＭに機械式に連結されていない。この構成では、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭと第２電気機械とから成る組み合わせが、純粋な電気エネルギー貯蔵器のように振舞う。しかしながら固有の連結器Ｋ２が閉じられると、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭと共に、付設された第２電気機械Ｅ２も、内燃機関ＶＭに機械式に連結可能になる。
【００２０】
図２中には、本発明の好適な第１実施形が示されている。ここでは、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭ，付設された第２電気機械Ｅ２及び固有の連結器Ｋ２が、１つのユニット１としてハイブリッド車の内燃機関ＶＭと変速機Ｇとの間のシャフト上に設けられている。連結器Ｋ１を介して連結されている電気機械Ｅ１及び変速機Ｇが、別のユニット２として構成されている。したがって、いろいろな連結器Ｋ１又は電気機械Ｅ１に対して使用可能な組み込まれたユニットが構成される。このユニットは、コンパクトな構造で内燃機関ＶＭと変速機Ｇとの間の最低限に抑えられた必要スペースを必要とする。
【００２１】
図２中には、本発明の好適な第１実施形が示されている。ここでは、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭ，付設された第２電気機械Ｅ２及び固有の連結器Ｋ２が、１つのユニット１としてハイブリッド車の内燃機関ＶＭと変速機Ｇとの間のシャフト上に設けられている。連結器Ｋ１を介して連結されている電気機械Ｅ１及び変速機Ｇが、別のユニット２として構成されている。したがって、いろいろな連結器Ｋ１又は電気機械Ｅ１に対して使用可能な組み込まれたユニットが構成される。このユニットは、コンパクトな構造で内燃機関ＶＭと変速機Ｇとの間の最低限に抑えられた必要スペースを必要とし、それにもかかわらず比較的汎用的に使用可能である。
【００２２】
図３中には、本発明の好適な第２実施形が示されている。ここでは、フライホイールエネルギー貯蔵器ＳＭ，両電気機械Ｅ１，Ｅ２及び連結器Ｋ１，Ｋ２が、１つのユニットとしてハイブリッド車の内燃機関ＶＭと変速機Ｇとの間のシャフト上に設けられている。このことは、簡単に構成すべきハイブリッド車用の高集積化されたユニットを可能にする。このハイブリッド車の場合、主な要素が、内燃機関ＶＭと変速機Ｇとの間の特にコンパクトな唯一のユニットによって構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を概略的に示す。
【図２】本発明の好適な第１実施形を示す。
【図３】本発明の好適な第２実施形を示す。
【符号の説明】
【００２４】
ＶＭ    内燃機関
Ｋ１    連結器
Ｋ２    連結器
ＳＭ    フライホイールエネルギー貯蔵器
ＥＭ１  第１電気機械
ＥＭ２  第２電気機械
ＬＥ    電力機器
Ｇ      変速機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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