WO2012159830A1 - Hybridfahrzeug und verfahren zum betreiben eines hybridfahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a hybrid vehicle and method for operating a hybrid vehicle. State of the art
  • Hybrid vehicles comprising, in addition to an internal combustion engine, an electric motor for operating the internal combustion engine in certain operating conditions, e.g. Accelerating, assisting or replacing are known in the art.
  • the object of the present invention is to improve the energy efficiency of a hybrid vehicle. To achieve this object, an optimized hybrid vehicle and an improved method for operating such a hybrid vehicle are provided.
  • a hybrid vehicle according to the invention has a thermodynamic working circuit, which is designed to convert the waste heat of the internal combustion engine into usable energy.
  • a method for operating a hybrid vehicle includes using the waste heat of the internal combustion engine to operate a thermodynamic working circuit in order to convert the waste heat of the internal combustion engine generated during operation into usable energy.
  • the conversion of thermal energy into mechanical energy occurs in a thermodynamic working group, eg an Organic Rankine Cycle (ORC process).
  • ORC process Organic Rankine Cycle
  • a liquid working fluid is compressed to a working pressure and conveyed to a heat exchanger.
  • the waste heat from the exhaust gas or the exhaust gas recirculation of the internal combustion engine is transmitted via the or the heat exchanger to the working medium of the ORC process, which is thereby evaporated.
  • the steam is then expanded in an expansion machine, whereby mechanical energy is recovered and delivered to the drive shaft.
  • a piston machine or a turbine are used as expansion machine.
  • thermodynamic working group Since the supply of waste heat in mobile applications depends on the driving condition (traffic situation, load, incline, driving speed, etc.), it is subject to considerable changes. Also, the need for drive power and the power requirement of the ancillaries are subject to strong fluctuations, so that the distribution of the energy gained from the thermodynamic work group on the drive train and the ancillaries must be adjusted at any time to optimal use of the energy obtained with the help of the thermodynamic working group enable.
  • thermodynamic working group makes it possible to use the additional energy generated by the thermodynamic working group effectively and as needed.
  • a vehicle with high energy efficiency will be provided.
  • thermodynamic working group on an expansion machine which is designed as a piston engine or as a turbomachine (turbine).
  • thermodynamic workgroup is configured to perform a Clausius-Rankine cycle.
  • a Clausius-Rankine cycle provides a cyclic process that allows effective conversion of waste heat from the internal combustion engine to usable mechanical energy.
  • the hydride vehicle additionally includes an electrical generator and the thermodynamic circuit is configured to drive the generator to generate electrical energy.
  • the electric generator is mechanically connected to the expansion machine of the thermodynamic working group in order to be driven by it.
  • thermodynamic working group The conversion of the mechanical energy generated by the thermodynamic working group into electrical energy makes it possible to use the energy particularly effectively.
  • the electrical energy can be used to operate the electric motor of the hybrid vehicle.
  • the energy provided by the thermodynamic working group can be used very effectively without the need for additional mechanical components.
  • the generator is connectable to an electrical storage device to store the electrical energy generated by the generator during operation.
  • an electrical storage device to store the electrical energy generated by the generator during operation.
  • a method according to the invention for operating a hybrid vehicle according to the invention includes operating the electric motor simultaneously with the internal combustion engine in order to assist the internal combustion engine in driving the hybrid vehicle ("drive mode") B. is assisted by the electric motor during startup or acceleration), the fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced and / or the acceleration behavior of the vehicle can be improved energy efficiency will be further improved.
  • the method according to the invention preferably includes using energy additionally stored in the storage device (battery) in certain operating states in order to drive the electric motor (boost mode), thereby further improving energy efficiency, in addition to the current state of thermodynamics Work group provided electrical energy generated in earlier operating conditions and unnecessary in these earlier operating conditions electrical energy that has been stored in the storage device is used to drive the electric motor and thus the hybrid vehicle.
  • the electric motor is operated as a generator in order to generate electrical energy which is stored in the electrical storage device. This makes it possible to charge the electrical storage device when necessary and the electrical energy provided by the thermodynamic circuit generator is insufficient.
  • the electric motor can be used both in driving mode ("transient mode”) and during deceleration of the vehicle (“recuperation mode”) for generating electrical energy.
  • the use and storage of the energy generated during braking (“recuperation mode”) is particularly efficient, since a portion of the energy used to accelerate the vehicle is recovered during deceleration and stored in the form of electrical energy, so that it later for re-acceleration of the vehicle can be used.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive system of a hybrid vehicle according to the invention in a first operating state
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a drive system of a hybrid vehicle according to the invention in a second operating state
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a drive system of a hybrid vehicle according to the invention in a third operating state
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a drive system of a hybrid vehicle according to the invention in a fourth operating state.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive system of a hybrid vehicle according to the invention in a first operating state
  • a hybrid vehicle according to the invention has a drive train 2 with an internal combustion engine 22, a clutch 24, an electric motor 26 and a transmission 28, which are connected in series with each other, to the mechanical drive energy generated by the engine 22 and / or the electric motor 26 to the drive wheels 20 of the hybrid vehicle to transmit.
  • the hybrid vehicle has a thermodynamic working circuit 3 with an expansion machine 32.
  • the expansion machine 32 is operated by the combustion engine 22 in operation, e.g. driven waste heat 30 discharged via the exhaust line.
  • the expansion engine 32 converts the thermal waste heat 30 into mechanical energy 36 that is used to drive an electrical generator 34 that is mechanically coupled to the expansion machine 32.
  • the electric generator 34 generates electric power 40 which is suitably converted by a voltage converter 42 and an electric inverter 44 to drive the electric motor 26 arranged in the power train 2 of the hybrid vehicle to assist or assist the engine 22 in driving the drive wheels 20 of the hybrid vehicle replace. Since the waste heat 30 discharged unused over the exhaust line in a conventional internal combustion engine is additionally used to drive the drive wheels 20, the fuel consumption of the engine 22 can be lowered. Due to the hybridization of the vehicle, the electric motor 26 used to drive the drive wheels 20 already exists.
  • FIG. 2 schematically shows a second operating state of a hybrid vehicle according to the invention.
  • the vehicle In the second operating state ("recuperation mode"), the vehicle is braked, so that the power of the internal combustion engine 22 is reduced to a minimum (idling) .It is therefore not necessary and desirable to generate the electrical energy 40 generated by the thermodynamic working circuit 3 to use for driving the electric motor 26, since driving the drive wheels 20 in this operating state is not desirable.
  • the electrical energy 40 generated by the thermodynamic working circuit 3 is therefore stored in an electrical storage device 46 (battery) for later use after voltage conversion in the voltage converter 42.
  • the electric motor 26 is mechanically driven by the released during braking of the vehicle kinetic energy of the vehicle.
  • the electric motor 26 is thereby operated as a generator which provides electrical energy 50, which is also stored in the electrical storage device 46 after a corresponding conversion by the inverter 44, which is operated inversely in this operating state compared to the operating state shown in FIG becomes.
  • the thermal energy of the idle internal combustion engine 22 and the mechanical energy released during vehicle deceleration, which is exhausted as waste heat in a conventional vehicle by heating the mechanical brakes, are stored in the electrical storage device 46 for later use.
  • FIG 3 shows the drive system of a hybrid vehicle according to the invention in a third operating state.
  • boost mode in addition to the electrical energy 40 generated by the thermodynamic working group 3, electrical energy 52 stored in the electrical storage device 46 is used to drive the electric motor 26.
  • the electric motor 26 can thus be equipped with a particularly high power, which goes beyond the power provided by the thermodynamic working circuit 3, operated in order to support the internal combustion engine 22.
  • This operating mode is particularly for a particularly strong acceleration of the hybrid vehicle, eg when starting or initiating an overtaking process
  • the energy stored in the electrical storage device 46 for example in the previously described second operating mode, is used to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine 22.
  • FIG. 4 shows a drive system of a hybrid vehicle according to the invention in a fourth operating state.
  • the engine 22 of the powertrain 2 is operated to generate a mechanical power for driving the drive wheels 20 of the hybrid vehicle.
  • the waste heat 30 generated by the internal combustion engine 22 during operation is converted by the thermodynamic working group 3 into electrical energy 40 as in the previously described second operating state and stored in the electrical storage device 46 after appropriate conversion by the voltage converter 42.
  • the electrical storage device 46 is charged particularly efficiently and quickly.
  • the fourth operating state is therefore preferably selected when the state of charge of the storage device 46 requires a fast charge.
  • the invention makes it possible to use the thermal energy generated during operation of an internal combustion engine 22 with the lowest possible losses for driving the vehicle and to deliver it as mechanical energy to the drive wheels 20 of the vehicle. This optimizes the overall energy balance of the vehicle.
  • the inventive combination of the use of waste heat of the internal combustion engine 22 with the hybrid technology an optimal adaptation to the operating behavior and the application of the vehicle can be achieved.
  • the transmitted to the drive wheels 20 mechanical energy can be adjusted as needed. Energy not required at times may be stored in an electrical storage device 46 for later use.
  • thermodynamic working group 3 The thermal inertia of the thermodynamic working group 3 can be compensated.
  • thermodynamic work circuit 3 if the memory device 46 is repeatedly charged by frequent braking ("stop-and-go operation"), a large proportion of the kinetic energy of the vehicle can be recovered during braking and used or stored.
  • the invention provides a hybrid vehicle with a particularly effective energy balance.

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Abstract

Ein Hybridfahrzeug hat einen Verbrennungsmotor (22) und einen Elektromotor (26), die zum Antreiben wenigstens eines Antriebsrades (20) des Hybridfahrzeugs ausgebildet sind. Zusätzlich ist ein thermodynamischer Arbeitskreis (3) vorgesehen, der ausgebildet ist, im Betrieb vom Verbrennungsmotor (22) abgegebene Wärme in nutzbare Energie umzuwandeln.

Description

Beschreibung Titel
Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs. Stand der Technik
Hybridfahrzeuge, die neben einem Verbrennungsmotor einen Elektromotor aufweisen, um den Verbrennungsmotor in bestimmten Betriebszuständen, z.B. beim Beschleunigen, zu unterstützen bzw. zu ersetzen sind im Stand der Technik be- kannt.
Systeme zur Abwärmenutzung sind bisher nur für stationäre Motoren bzw.
Großmotoren im Einsatz. Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Energieeffizienz eines Hybridfahrzeugs zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein optimiertes Hybridfahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines solchen Hybridfahrzeugs zur Verfügung gestellt.
Ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug weist einen thermodynamischen Ar- beitskreis auf, der ausgebildet ist, die Abwärme des Verbrennungsmotors in nutzbare Energie umzuwandeln.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs schließt ein, mit der Abwärme des Verbrennungsmotors einen thermodynamischen Ar- beitskreis zu betreiben, um die im Betrieb erzeugte Abwärme des Verbrennungsmotors in nutzbare Energie umzuwandeln. Die Wandlung der thermischen Energie in mechanische Energie geschieht dabei in einem thermodynamischen Arbeitskreis, z.B. einem Organic Rankine Cycle (ORC-Prozess).
In einem solchen Arbeitskreis wird ein flüssiges Arbeitsmedium bis auf einen Arbeitsdruck verdichtet und zu einem Wärmetauscher gefördert. Die Abwärme aus dem Abgas bzw. der Abgasrückführung des Verbrennungsmotors wird über den oder die Wärmetauscher an das Arbeitsmedium des ORC-Prozesses übertragen, welches dadurch verdampft wird. Der Dampf wird anschließend in einer Expansionsmaschine entspannt, wobei mechanische Energie gewonnen und an die Antriebswelle abgegeben wird. Als Expansionsmaschine kommen dabei beispielsweise eine Kolbenmaschine oder eine Turbine zum Einsatz.
Da das Angebot an Abwärme bei mobilen Anwendungen vom Fahrzustand (Verkehrssituation, Beladung, Steigung, Fahrgeschwindigkeit, usw.) abhängt, ist es starken Veränderungen unterworfen. Auch der Bedarf an Antriebsleistung sowie die Leistungsanforderung der Nebenaggregate sind starken Schwankungen unterworfen, so dass die Aufteilung der aus dem thermodynamischen Arbeitskreis gewonnenen Energie auf den Antriebsstrang und die Nebenaggregate jederzeit angepasst werden muss, um eine optimale Nutzung der mit Hilfe des thermodynamischen Arbeitskreises gewonnenen Energie zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Kombination eines Hybridantriebs mit einem thermodynamischen Arbeitskreis ermöglicht es, die von dem thermodynamischen Arbeitskreis erzeugte zusätzliche Energie effektiv und bedarfsgemäß einzusetzen. Es wird ein Fahrzeug mit einer hohen Energieeffizienz bereitgestellt.
In einer Ausführungsform weist der thermodynamische Arbeitskreis eine Expansionsmaschine auf, die als Kolbenmaschine oder als Strömungsmaschine (Turbine) ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform ist der thermodynamische Arbeitskreis ausgebildet, einen Clausius-Rankine-Kreisprozess auszuführen. Ein Clausius-Rankine- Kreisprozess stellt einen Kreisprozess zur Verfügung, der eine effektive Umwandlung der Abwärme des Verbrennungsmotors in nutzbare mechanische Energie ermöglicht. In einer Ausführungsform weist das Hydridfahrzeug zusätzlich einen elektrischen Generator auf, und der thermodynamische Arbeitskreis ist ausgebildet, den Generator anzutreiben, um elektrische Energie zu erzeugen. Insbesondere ist der elektrische Generator mechanisch mit der Expansionsmaschine des thermody- namischen Arbeitskreises verbunden, um von dieser angetrieben zu werden.
Die Umwandlung der von dem thermodynamischen Arbeitskreis erzeugten mechanischen Energie in elektrische Energie ermöglicht es, die Energie besonders effektiv einzusetzen. Insbesondere kann die elektrische Energie genutzt werden, um den Elektromotor des Hybridfahrzeugs zu betreiben. Die von dem thermodynamischen Arbeitskreis zur Verfügung gestellte Energie kann so sehr effektiv genutzt werden, ohne dass dazu zusätzliche mechanische Bauteile erforderlich sind.
In einer Ausführungsform ist der Generator mit einer elektrischen Speichervorrichtung verbindbar, um die von dem Generator im Betrieb erzeugte elektrische Energie zu speichern. So kann in Betriebszuständen, in denen von dem Generator, der von dem thermodynamischen Arbeitskreis angetrieben wird, mehr elektrische Energie erzeugt wird, als in diesem Moment benötigt wird, diese überschüssige elektrische Energie zur späteren Verwendung gespeichert werden. Dadurch verbessert sich die Energieeffizienz des Fahrzeugs weiter, da die in bestimmten Betriebszuständen nicht benötigte, überschüssige elektrische Energie nicht verloren geht, sondern später, insbesondere in Betriebszuständen mit einem höheren Energiebedarf, genutzt werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs schließt ein, den Elektromotor gleichzeitig mit dem Verbrennungsmotor zu betreiben, um den Verbrennungsmotor beim Antreiben des Hybridfahrzeugs zu unterstützen („Drive-Mode"). Dadurch, dass der Verbrennungsmotor in bestimmten Betriebszuständen mit hohem Energiebedarf (z. B. beim Anfahren bzw. Beschleunigen) durch den Elektromotor unterstützt wird, kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors gesenkt werden und/oder das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs verbessert werden. Dadurch, dass zum Antreiben des Elektromotors erfindungsgemäß Energie genutzt wird, die aus der Abwärme des Verbrennungsmotors gewonnen wird, wird die Energieeffizienz noch weiter verbessert. Das erfindungsgemäße Verfahren schließt vorzugsweise ein, in bestimmten Be- triebszuständen zusätzlich in der Speichervorrichtung (Batterie) gespeicherte Energie zu verwenden, um den Elektromotor anzutreiben („Boost-Mode"). Dadurch wird die Energieeffizienz noch weiter verbessert, da neben der aktuell vom thermodynamischen Arbeitskreis zur Verfügung gestellten elektrischen Energie auch in früheren Betriebszuständen erzeugte und in diesen früheren Betriebszu- ständen nicht benötigte elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert worden ist, zum Antreiben des Elektromotors und damit des Hybridfahrzeugs genutzt wird.
Dadurch geht diese, in früheren Betriebszuständen erzeugte und vorübergehend nicht benötigte Energie nicht verloren, sondern kann in späteren Betriebszuständen, die einen höheren Energiebedarf haben, genutzt werden, um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu senken und/oder die Beschleunigung des Hybridfahrzeugs zu verbessern.
In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Elektromotor als Generator betrieben, um elektrische Energie zu erzeugen, die in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert wird. Dies ermöglicht es, die elektrische Speichervorrichtung aufzuladen, wenn dies notwendig ist, und die von dem Generator des thermodynamischen Arbeitskreises zur Verfügung gestellte elektrische Energie nicht ausreicht.
Der Elektromotor kann sowohl im Fahrbetrieb („Transient Mode") als auch beim Abbremsen des Fahrzeugs („Recuperation Mode") zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet werden. Die Verwendung und Speicherung der beim Abbremsen erzeugten Energie („Recuperation mode") ist besonders effizient, da so ein Teil der zum Beschleunigen des Fahrzeugs aufgewandten Energie beim Abbremsen zurückgewonnen und in Form elektrischer Energie gespeichert wird, so dass sie später zur erneuten Beschleunigung des Fahrzeugs verwendet werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs in einem ersten Betriebszustand;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs in einem zweiten Betriebszustand;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs in einem dritten Betriebszustand; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs in einem vierten Betriebszustand.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs in einem ersten Betriebszustand;
Ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug weist einen Antriebsstrang 2 mit einem Verbrennungsmotor 22, einer Kupplung 24, einem Elektromotor 26 und einem Getriebe 28 auf, die in Reihe miteinander verbunden sind, um die von dem Verbrennungsmotor 22 und/oder dem Elektromotor 26 erzeugte mechanische Antriebsenergie an die Antriebsräder 20 des Hybridfahrzeugs zu übertragen.
Erfindungsgemäß weist das Hybridfahrzeug einen thermodynamischen Arbeitskreis 3 mit einer Expansionsmaschine 32 auf. Im Betrieb des thermodynamischen Arbeitskreises 3 wird die Expansionsmaschine 32 durch die von dem Verbrennungsmotor 22 im Betrieb z.B. über den Abgasstrang abgegebene Abwärme 30 angetrieben. Die Expansionsmaschine 32 wandelt die thermische Abwärme 30 in mechanische Energie 36 um, die zum Antreiben eines elektrischen Generators 34 verwendet wird, der mechanisch mit der Expansionsmaschine 32 gekoppelt ist.
Der elektrische Generator 34 erzeugt elektrische Energie 40, die durch einen Spannungswandler 42 und einen elektrischen Inverter 44 geeignet umgewandelt wird, um den im Antriebsstrang 2 des Hybridfahrzeugs angeordneten Elektromotor 26 anzutreiben und so den Verbrennungsmotor 22 beim Antreiben der Antriebsräder 20 des Hybridfahrzeugs zu unterstützen oder zu ersetzen. Da die bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor ungenutzt über den Abgasstrang abgegebene Abwärme 30 zusätzlich zum Antreiben der Antriebsräder 20 genutzt wird, kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 22 gesenkt werden. Aufgrund der Hybridisierung des Fahrzeugs ist der zum Antreiben der Antriebsräder 20 genutzte Elektromotor 26 bereits vorhanden.
Fig. 2 zeigt schematisch einen zweiten Betriebszustand eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs. Im zweiten Betriebszustand („Recuperation mode") wird das Fahrzeug abgebremst, so dass die Leistung des Verbrennungsmotors 22 auf ein Minimum reduziert ist (Leerlauf). Es ist daher nicht nötig und erwünscht, die von dem thermo- dynamischen Arbeitskreis 3 erzeugte elektrische Energie 40 zum Antreiben des Elektromotors 26 zu verwenden, da ein Antreiben der Antriebsräder 20 in diesem Betriebszustand nicht erwünscht ist.
Die von dem thermodynamischen Arbeitskreis 3 erzeugte elektrische Energie 40 wird daher nach der Spannungswandlung im Spannungswandler 42 in einer elektrischen Speichervorrichtung 46 (Batterie) zur späteren Verwendung gespei- chert.
Zusätzlich wird der Elektromotor 26 durch die beim Abbremsen des Fahrzeugs frei werdende kinetische Energie des Fahrzeugs mechanisch angetrieben. Der Elektromotor 26 wird dabei als Generator betrieben, der elektrische Energie 50 bereitstellt, die nach einer entsprechenden Umwandlung durch den Inverter 44, der in diesem Betriebszustand im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Betriebszustand invers betrieben wird, ebenfalls in der elektrischen Speichervorrichtung 46 gespeichert wird. Die thermische Energie des im Leerlauf betriebenen Verbrennungsmotors 22 und die beim Abbremsen des Fahrzeugs frei werdende mechanische Energie, die in einem herkömmlichen Fahrzeug durch die Erwärmung der mechanischen Bremsen ungenutzt als Abwärme abgegeben wird, wird zur späteren Verwendung in der elektrischen Speichervorrichtung 46 gespeichert.
Fig. 3 zeigt das Antriebssystem eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs in einem dritten Betriebszustand. Im dritten Betriebszustand („Boost-Mode") wird zusätzlich zu der von dem ther- modynamischen Arbeitskreis 3 erzeugten elektrischen Energie 40 in der elektrischen Speichervorrichtung 46 gespeicherte elektrische Energie 52 zum Antreiben des Elektromotors 26 verwendet. Der Elektromotor 26 kann so mit einer be- sonders hohen Leistung, welche über die von dem thermodynamischen Arbeitskreis 3 zur Verfügung gestellten Leistung hinausgeht, betrieben werden, um den Verbrennungsmotor 22 zu unterstützen. Dieser Betriebsmodus ist insbesondere für eine besonders starke Beschleunigung des Hybridfahrzeugs, z. B. beim Anfahren oder Einleiten eines Überholvorgangs, geeignet. Die z.B. im zuvor be- schriebenen zweiten Betriebsmodus in der elektrischen Speichervorrichtung 46 gespeicherte Energie wird dabei genutzt, um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 22 zu reduzieren.
Fig. 4 zeigt ein Antriebssystem eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs in ei- nem vierten Betriebszustand.
Im vierten Betriebszustand wird der Verbrennungsmotor 22 des Antriebsstrangs 2 betrieben, um eine mechanische Leistung zum Antreiben der Antriebsräder 20 des Hybridfahrzeugs zu erzeugen.
Die von dem Verbrennungsmotor 22 im Betrieb erzeugte Abwärme 30 wird wie im zuvor beschriebenen zweiten Betriebszustand von dem thermodynamischen Arbeitskreis 3 in elektrische Energie 40 umgewandelt und nach entsprechender Umwandlung durch den Spannungswandler 42 in der elektrischen Speichervor- richtung 46 gespeichert.
Zusätzlich wird durch den Elektromotor 26, der anders als im zweiten Betriebszustand nicht durch das Abbremsen des Hybridfahrzeugs sondern durch den Verbrennungsmotor 22 angetrieben wird, elektrische Energie 50 erzeugt, welche nach entsprechender Umwandlung durch den Inverter 44 ebenfalls in der elektrischen Speichervorrichtung 46 gespeichert wird.
Im vierten Betriebszustand wird die elektrische Speichervorrichtung 46 besonders effizient und schnell aufgeladen. Der vierte Betriebszustand wird daher vor- zugsweise gewählt, wenn der Ladezustand der Speichervorrichtung 46 eine schnelle Ladung erfordert. Durch Verwenden des in einem Hybridfahrzeug vorhandenen Elektromotors 26 zum Aufladen der elektrischen Speichervorrichtung 46 kann auf einen zusätzlichen, vom Verbrennungsmotor 22 mechanisch angetriebenen Generator verzichtet werden.
Die Erfindung ermöglicht es, die thermische Energie, die beim Betrieb eines Verbrennungsmotors 22 erzeugt wird, mit möglichst geringen Verlusten zum Antreibe des Fahrzeugs zu nutzen und als mechanische Energie an die Antriebsräder 20 des Fahrzeugs abzugeben. Dadurch wird die energetische Gesamtbilanz des Fahrzeugs optimiert. Durch die erfindungsgemäße Kombination der Nutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors 22 mit der Hybridtechnologie kann eine optimale Anpassung an das Betriebsverhalten und den Einsatzbereich des Fahrzeugs erreicht werden. Insbesondere kann die an die Antriebsräder 20 übertragene mechanische Energie bedarfsgemäß eingestellt werden. Zeitweise nicht benötigte Energie kann zur späteren Verwendung in einer elektrischen Speichervorrichtung 46 gespeichert werden.
Die thermische Trägheit des thermodynamischen Arbeitskreises 3 kann so ausgeglichen werden.
Wird die Speichervorrichtung 46 durch häufiges Bremsen wiederholt aufgeladen ("Stop-and-go-Betrieb"), kann ungeachtet der thermischen Trägheit des thermodynamischen Arbeitskreises 3 ein großer Anteil der kinetischen Energie des Fahrzeugs beim Abbremsen zurückgewonnen und genutzt oder gespeichert werden.
Die Erfindung stellt ein Hybridfahrzeug mit einer besonders effektiven Energiebilanz zur Verfügung.

Claims

Patentansprüche
1 . Hybridfahrzeug mit
einem Verbrennungsmotor (22) und
einem Elektromotor (26),
wobei der Verbrennungsmotor (22) und der Elektromotor (26) zum Antreiben wenigstens eines Antriebsrades (20) des Hybridfahrzeugs ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich ein thermodynamischer Arbeitskreis (3) vorgesehen ist, der ausgebildet ist, um im Betrieb vom Verbrennungsmotor (22) abgegebene Wärme in nutzbare Energie umzuwandeln.
2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 , wobei der thermodynamische Arbeitskreis (3) eine Expansionsmaschine (32) aufweist, die vorzugsweise als Kolbenmaschine oder als Strömungsmaschine ausgebildet ist.
3. Hybridfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der thermodynamische Arbeitskreis (3) ausgebildet ist, um einen Clausius-Rankine- Kreisprozess auszuführen.
4. Hybridfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem elektrischen Generator (34), wobei der thermodynamische Arbeitskreis ausgebildet ist, den Generator (34) anzutreiben, um elektrische Energie zu erzeugen.
5. Hybridfahrzeug nach Anspruch 4, wobei der Generator (34) mit einer elektrischen Speichervorrichtung (46) verbindbar ist, um die von dem Generator (34) im Betrieb erzeugte elektrische Energie zu speichern.
6. Verfahren des Betreibens eines Hybridfahrzeugs mit
einem Verbrennungsmotor (22) und einem Elektromotor (26), die zum Antreiben wenigstens eines Antriebsrades (20) des Hybridfahrzeugs ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren einschließt, einen thermodynamischen Arbeitskreis (3) zu betreiben, um im Betrieb vom Verbrennungsmotor (22) abgegebene Wärme in nutzbare Energie umzuwandeln.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die von dem thermodynamischen Arbeitskreis (3) erzeugte Energie zum Betreiben eines elektrischen Generators (34) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Elektromotor (26) gleichzeitig mit dem Verbrennungsmotor (22) betrieben wird, um den Verbrennungsmotor (22) beim Antreiben des wenigstens einen Antriebsrades (20) zu unterstützen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zusätzlich elektrische Energie aus einer elektrischen Speichervorrichtung (46) verwendet wird, um den Elektromotor (26) anzutreiben.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Elektromotor (26) mechanisch angetrieben wird, um als Generator elektrische Energie zu erzeugen.
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