CN107757339A - 用于交通运输工具、尤其用于机动车的混合驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合驱动系统，用于交通运输工具、尤其用于机动车，所述混合驱动系统具有具备内燃机输出轴(2)的内燃机、具备电动机输出轴(3)的电动机、具备变速器输入轴(4)的变速器和爪齿离合器(5)，其中，所述内燃机输出轴(2)和电动机输出轴(3)能够与变速器输入轴(4)可转动地连接。通过所述爪齿离合器(5)能够使所述电动机输出轴(3)与变速器输入轴(4)可转动地连接和旋转脱耦，由此以低成本和节省结构空间的方式改进混合驱动系统的结构，并且能够以低成本的方式提高混合驱动系统的效率。

Description

用于交通运输工具、尤其用于机动车的混合驱动系统
技术领域
本发明涉及一种混合驱动系统，其用于交通运输工具、尤其用于机动车，所述混合驱动系统具有具备内燃机输出轴的内燃机、具备电动机输出轴的电动机、具备变速器输入轴的变速器和爪齿离合器，其中，所述内燃机输出轴和电动机输出轴与变速器输入轴可转动或者说旋转有效(drehwirksam)地连接或者能够与之连接。
背景技术
用于交通运输工具、尤其用于机动车的混合驱动系统具有内燃机和电动机。在此，通常内燃机的内燃机输出轴和电动机的电动机输出轴能够与变速器的变速器输入轴可转动地连接。
由DE 195 03 501 A1已知用于机动车的混合驱动系统，该混合驱动系统具有摩擦离合器，该摩擦离合器在一侧与变速器输入轴抗扭地连接，并且在另一侧通过第一扭矩传递路径可与内燃机连接，并且通过第二扭矩传递路径可与电动机连接。在此，在内燃机和摩擦离合器之间的第一扭矩传递路径中设有自由轮离合器，该自由轮离合器具有可控的桥接离合器，形式为可通过伺服驱动装置、例如通过电磁体开关的爪齿离合器。
由DE 10 2009 002 805 A1已知用于机动车的混合驱动系统，该混合驱动系统包括与变速器输入轴驱动连接的电动机和可通过爪齿离合器与变速器输入轴耦连的或者与变速器输入轴脱耦的内燃机。爪齿离合器在此可以装配有摩擦配合的同步辅助件。
由DE 2014 207 884 A1已知用于传动系的混合模块，其包括用于将混合模块与变速器耦连的第一耦连段和用于将混合模块与内燃机耦连的第二耦连段。在第二耦连段内在此设有接合装置，其具有两个形状配合地、例如以爪齿件的形式设计的接合件。
由DE 10 2014 208 602 A1已知用于车辆的驱动系统，其具有与电动机可耦连或连接的第一传动系部段和与内燃机可耦连或连接的第二传动系部段。第一传动系部段在此通过第一变速器级并且第二传动系部段通过第二变速器级与输出轴可选择地作用连接或者能够有效连接。为了可选择地耦连第一和第二传动系部段，设有中间变速器，其形式为具有行星接合装置的行星齿轮传动机构，其例如可以设计为轴向可移动的接合套的形式。
由WO 2010/028905 A1已知用于车辆的装置，为了在电动机和可由电动机驱动的轴之间建立可分离的机械耦连，该装置具有可接合的自由轮。
但是，在由现有技术中已知的混合驱动系统并不是最佳设计。由现有技术已知的混合驱动系统因此具有复杂的和/或多部件的和/或占用结构空间的和/或高成本的构造。此外，在由现有技术已知的混合驱动系统中出现损失力矩，例如电和/或磁性形式的损失力矩，例如在电动机联动时通过永磁体产生，和/或机械形式的损失力矩，例如通过联动的自由轮产生，这降低了效率和/或提高了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，这样设计和改进本文开头所述类型的混合驱动系统，从而可以提供廉价且尤其高效的混合驱动系统，其具有简单且节省结构空间的构造。
所述技术问题按照本发明通过一种混合驱动系统解决，其用于交通运输工具、尤其用于机动车、摩托车、飞机或船。在此，所述混合驱动系统包括具备内燃机输出轴的内燃机、具备电动机输出轴的电动机(其中，后者尤其设计为转子)、具备变速器输入轴的变速器和爪齿离合器。在此，所述内燃机输出轴和电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接或者能够与之连接。尤其在此，通过所述爪齿离合器能够使所述电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦(“可转动地脱耦”)，和/或能够使所述电动机输出轴与内燃机输出轴可转动地连接和旋转脱耦，和/或能够使所述内燃机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦(“可转动地脱耦”)。在此尤其通过爪齿离合器至少能够使电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦(“可转动地脱耦”)。例如在此，通过爪齿离合器至少能够使电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦，并且能够使电动机输出轴与内燃机输出轴可转动地连接和旋转脱耦。例如通过爪齿离合器能够使电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦，并且能够使电动机输出轴与内燃机输出轴可转动地连接和旋转脱耦，并且能够使内燃机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦。爪齿离合器尤其可以设计为多级爪齿离合器、尤其三级爪齿离合器、尤其用于至少三个轴的耦连。
通过爪齿离合器能够以廉价的方式实现具有扩展功能的、简单的、紧凑的且节省结构空间的构造。通过爪齿离合器能够使电动机输出轴与变速器输入轴和/或内燃机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦，由此可以根据需要使电动机耦连或脱耦。通过使电动机耦连，例如在纯粹的内燃机运行时可以提高效率并且节省成本。由此尤其可以避免原本在电动机联动时会通过永磁体产生的损失力矩。通过爪齿离合器能够使内燃机输出轴与变速器输入轴可转动地连接和旋转脱耦，由此可以通过内燃机的脱耦，例如在纯粹的电动机运行时同样提高效率并且降低成本。由此尤其可以避免原本在可转动部件、尤其中间连接的自由轮联动时会产生的损失力矩。
所述爪齿离合器尤其可以具有接合元件(Schaltelement)。在此所述接合元件尤其可以包括接合套或者说滑动套筒(Schiebemuffe)。在此，滑动套筒尤其可以用作离合器主体。接合元件、尤其滑动套筒尤其可以轴向可移动地支承。接合元件、尤其是接合元件例如滑动套筒的轴向移动例如可以借助必要时唯一的促动器进行促动。
所述电动机输出轴尤其可以具有电动机输出轴的离合齿部或者说耦合齿部(Kupplungsverzahnung)，和/或所述变速器输入轴可以具有变速器输入轴的离合齿部，和/或所述内燃机输出轴可以具有内燃机输出轴的离合齿部，其中，所述接合元件、尤其滑动套筒具有能够啮合到所述电动机输出轴的离合齿部中的(用于)电动机输出轴的接合段和/或能够啮合到所述变速器输入轴的离合齿部中的(用于)变速器输入轴的接合段和/或能够啮合到所述内燃机输出轴的离合齿部中的(用于)内燃机输出轴的接合段。例如，电动机输出轴的离合齿部和用于电动机输出轴的接合段和/或变速器输入轴的离合齿部和用于变速器输入轴的接合段、内燃机输出轴的离合齿部和用于内燃机输出轴的接合段可以设计为插齿的形式。
接合元件、例如滑动套筒可以例如被液压或电气地促动。
接合元件、例如滑动套筒可以至少在一侧、必要时在两侧配备有复位元件，例如弹簧。例如，接合元件由于复位元件的预紧可以尤其无压力地保持在“零位置”。活塞可贴靠或贴靠在复位元件上。通过由活塞施加压力，例如通过用液压剂填充由活塞限定的压力室或者通过其它类型的促动器，接合元件和/或例如活塞可以反作用于复位元件的复位力、例如反作用于弹簧力从“零位置”脱离和/或移动。通过复位元件的力行程特征曲线、例如弹簧特征曲线可以建立压力行程特征曲线，其可以实现接合元件的准确定位。
在一个设计方案中，接合元件由滑动套筒形成。
在其它的设计方案中，接合元件包括滑动套筒和换挡拨叉。在此，在滑动套筒和换挡拨叉之间可以设计滑座或者说滑动配合(Schiebesitz)。在滑动配合中，滑动套筒能够轴向可移动地支承。换挡拨叉在此例如同样可以轴向移动地支承。在此，尤其可以通过滑动配合，使滑动套筒相对于换挡拨叉轴向可移动。
爪齿离合器、尤其爪齿离合器的接合元件例如可以具有多个、尤其至少三个接合位置。通过至少三个接合位置(Schaltstellung)，混合驱动系统可以设计具有扩展的功能。
在一个设计方案中，所述爪齿离合器具有纯内燃机式接合位置。在纯内燃机式接合位置中，尤其通过接合元件、尤其通过滑动套筒使内燃机输出轴与变速器输入轴可转动地连接，并且使电动机输出轴与内燃机输出轴和变速器输入轴脱耦、尤其旋转脱耦(“可转动地脱耦”)。通过电动机输出轴与内燃机输出轴和变速器输入轴脱耦，在混合驱动系统的纯粹的内燃机式运行时，可以避免原本在电动机联动或者说带动时会出现的损失力矩，并且以这种方式提高混合驱动系统的效率。由此可以实现交通运输工具的纯内燃机式前进、例如纯内燃机式行驶。
在另外的、备选的或附加的设计方案中，所述爪齿离合器具有纯电动机式接合位置。在纯电动机式接合位置中，尤其通过接合元件、尤其通过滑动套筒使所述电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接，并且使所述内燃机输出轴与所述电动机输出轴和变速器输入轴脱耦、尤其旋转脱耦(“可转动地脱耦”)。通过内燃机输出轴与电动机输出轴和变速器输入轴脱耦，在混合驱动系统的纯粹的电动机式运行时，可以避免原本在内燃机和/或中间连接的自由轮的可转动部件联动时会出现的损失力矩，并且以这种方式提高混合驱动系统的效率。由此可以实现交通运输工具的纯电动机式前进、例如纯电动机式行驶，主要是电动行驶。
在另外的、备选的或附加的设计方案中，所述爪齿离合器具有组合的内燃机和电动机的接合位置。在内燃机和电动机的组合式接合位置中，尤其通过接合元件、尤其通过滑动套筒使所述内燃机输出轴和电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接。由此实现交通运输工具的混合动力的前进、例如混合动力的行驶、实现通过电动机的能量回收、负荷点转移和/或通过电动机支持内燃机、所谓的“助力(Boosten)”。
在另外的、备选的或附加的设计方案中，具有相应的爪齿离合器的混合驱动系统还具有内燃机启动器(Starter)的接合位置。在内燃机启动器的接合位置中，尤其也可将接合元件尤其通过下述的摩擦离合器与内燃机输出轴可转动地连接。在此，通过接合元件、尤其滑动套筒可以使电动机输出轴与变速器输入轴可转动地连接，和/或内燃机输出轴与电动机输出轴和变速器输入轴脱耦、尤其旋转脱耦。由此，内燃机可以尤其既在停车、也在交通运输工具移动时通过电动机启动。
摩擦离合器可以尤其设计用于借助电动机启动内燃机。通过摩擦离合器尤其能够在内燃机输出轴和接合元件之间形成摩擦配合的连接。在此，在内燃机输出轴和换挡拨叉或接合元件之间可以设有摩擦离合器。通过尤其是换挡拨叉的轴向移动尤其可以操作摩擦离合器。
混合驱动系统尤其可以具有至少一个同步元件和/或至少一个锁止元件。通过至少一个同步元件或锁止元件，尤其可以使得爪齿离合器仅仅在待通过爪齿离合器联接的轴(例如电动机输出轴和/或内燃机输出轴和/或变速器输入轴)具有同步转速、尤其是基本上具有相同转速时接合，或者可以防止爪齿离合器在没有同步转速时接合。尤其可以借助至少一个同步元件或锁止元件在接合过程中将内燃机和电动机机械地同步为接合转速，尤其无需附加的其它促动器。
至少一个同步元件尤其可以是机械的同步元件。由此可以机械地实现同步、尤其精确同步。通过这种机械的同步，也可以相应地进行转速控制过程和/或取消耗费的控制技术的转速同步过程。尤其也可以省去内燃机的起动机或启动器。
至少一个同步元件尤其可以是机械的、摩擦配合和/或形状配合的同步元件。
例如可以设有至少一个锁止元件或者如此设计至少一个锁止元件，使得在待通过爪齿离合器耦连的轴(例如电动机输出轴和/或内燃机输出轴和/或变速器输入轴)具有不同的转速时，阻止爪齿离合器的移入结合，并且在待通过爪齿离合器耦连的轴具有同步转速时，允许爪齿离合器的移入结合。由此以简单的、节省结构空间的且廉价的方式实现机械的同步、尤其惯性式或者说锁止式同步。这种同步系统或者分离系统尤其也可以比膜片式离合器更廉价。
在一个设计方案中，在所述内燃机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间布置有锁止元件，在所述内燃机输出轴和变速器输入轴具有不同转速时，锁止元件阻止通过接合元件、尤其滑动套筒在所述内燃机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间形成可转动的连接，并且在所述内燃机输出轴和变速器输入轴具有同步转速时，锁止元件允许通过所述接合元件、尤其滑动套筒在所述内燃机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间形成可转动的连接。
在另外的、备选的或附加的设计方案中，在所述内燃机输出轴的离合齿部和电动机输出轴的离合齿部之间布置有锁止元件，在所述内燃机输出轴和电动机输出轴具有不同转速时，锁止元件阻止通过所述接合元件、尤其滑动套筒在所述内燃机输出轴的离合齿部和电动机输出轴的离合齿部之间形成可转动的连接，并且在所述内燃机输出轴和电动机输出轴具有同步转速时，锁止元件允许通过所述接合元件、尤其滑动套筒在所述内燃机输出轴的离合齿部和电动机输出轴的离合齿部之间形成可转动的连接。
在另外的、备选的或附加的设计方案中，在所述电动机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间布置有锁止元件，在所述电动机输出轴和变速器输入轴具有不同转速时，锁止元件阻止通过所述接合元件、尤其滑动套筒在所述电动机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间形成可转动的连接，并且在所述电动机输出轴和变速器输入轴具有同步转速时，锁止元件允许通过所述接合元件、尤其滑动套筒在所述电动机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间形成可转动的连接。
混合驱动系统尤其可以具有至少两个这种类型的、例如用作分离元件的锁止元件，例如在电动机输出轴和内燃机输出轴和/或变速器输入轴之间，和/或在内燃机输出轴和电动机输出轴和/或变速器输入轴之间，尤其在内燃机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间，以及在变速器输入轴的离合齿部和电动机输出轴的离合齿部之间具有所述锁止元件。
此外，混合驱动系统可以具有离心摆(或与转速匹配的缓冲器)。在此，接合元件尤其可以配备有离心摆。
由此，避免了前述的缺点并且实现相应的优点。
附图说明
存在大量的以有利的方式方法的设计和改进按照本发明的混合驱动系统的可能性。为此，首先引用权利要求1之后的权利要求。以下结合附图和所属的说明书进一步阐释按照本发明的混合驱动系统的优选设计方案。在附图中：
图1示出按照本发明的混合驱动系统的实施方式在纯内燃机式接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器，通过爪齿离合器能够将内燃机输出轴、电动机输出轴和变速器输入轴可转动地连接和脱耦；
图2示出图1所示的实施方式在纯电动机式接合位置中的横截面示意图；
图3示出图1和2所示的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面示意图；
图4示出按照本发明的混合驱动系统的另外的实施方式在纯内燃机式接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器，通过爪齿离合器能够将内燃机输出轴、电动机输出轴和变速器输入轴可转动地连接和脱耦；
图5示出图4所示的实施方式在纯电动机式接合位置中的横截面示意图；
图6示出图4和5所示的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面示意图；
图7示出按照本发明的混合驱动系统的另外的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器，通过爪齿离合器能够将内燃机输出轴、电动机输出轴和变速器输入轴可转动地连接和脱耦；
图8示出图7所示的实施方式的分解示意图；
图9示出图7和8所示的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面放大示意图；
图10示出图7至9所示的实施方式在纯内燃机式接合位置中的横截面放大示意图；
图11示出图7至10所示的实施方式在纯电动机式接合位置中的横截面放大示意图；
图12示出按照本发明的混合驱动系统的另外的实施方式在纯电动机式接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器和同步元件，通过其能够将内燃机输出轴和电动机输出轴和/或变速器输入轴可转动地连接和脱耦；
图13示出图12所示的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面示意图；
图14示出按照本发明的混合驱动系统的另外的实施方式在纯内燃机式接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器和同步元件，通过爪齿离合器和同步元件能够将内燃机输出轴和电动机输出轴和/或变速器输入轴可转动地连接和脱耦；
图15示出图14所示的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面示意图；
图16示出按照本发明的混合驱动系统的另外的实施方式在纯电动机式接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器，通过爪齿离合器能够将内燃机输出轴、电动机输出轴和/或变速器输入轴可转动地连接和脱耦，并且所述混合驱动系统还具有摩擦离合器和两个锁止元件；
图17示出图16所示的实施方式的横截面放大示意图；
图18示出图16和17所示的实施方式在内燃机启动器接合位置中的横截面示意图；
图19示出图16至18所示的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面示意图；
图20示出图16至19所示的实施方式在纯内燃机式接合位置中的横截面示意图；
图21示出按照本发明的混合驱动系统的另外的实施方式在纯电动机式接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器和减振元件(尤其弹簧)或者复位元件，通过其能够将内燃机输出轴、电动机输出轴和/或变速器输入轴可转动地连接和脱耦，并且所述混合驱动系统还具有摩擦离合器和两个锁止元件；和
图22示出按照本发明的混合驱动系统的另外的实施方式在内燃机和电动机组合的接合位置中的横截面示意图，该混合驱动系统具有爪齿离合器，通过爪齿离合器能够将内燃机输出轴、电动机输出轴和/或变速器输入轴可转动地连接和脱耦，并且所述混合驱动系统还具有离心摆。
具体实施方式
在图1至3、4至6和7至11中示出用于交通运输工具、尤其用于机动车、摩托车、飞机或船的混合驱动系统1的不同的实施方式，所述混合驱动系统具有具备内燃机输出轴2的内燃机、具备电动机输出轴3的电动机、具备变速器输入轴4的变速器和爪齿离合器5。所述爪齿离合器5在此尤其是指多级爪齿离合器、尤其三级爪齿离合器，通过该爪齿离合器能够将电动机输出轴3与变速器输入轴4以及电动机输出轴3与内燃机输出轴2以及内燃机输出轴2与变速器输入轴4尤其选择性地可转动地连接和脱耦。
电动机输出轴3例如抗扭地与电动机的转子或转子支架连接或可连接，和/或设计为转子，所述电动机输出轴3在此具有电动机输出轴的离合齿部35。变速器输入轴4在此具有变速器输入轴的离合齿部45，并且内燃机输出轴2具有内燃机输出轴的离合齿部25。
爪齿离合器5在此通过可轴向移动的形式为滑动套筒51的接合元件50构成，所述接合元件具有可嵌入或者说啮合到电动机输出轴的离合齿部35中的用于电动机输出轴的接合段53、可嵌入变速器输入轴的离合齿部45中的用于变速器输入轴的接合段54和可嵌入内燃机输出轴的离合齿部25中的用于内燃机输出轴的接合段52。
爪齿离合器5、尤其接合元件50或滑动套筒51在此具有至少三个接合位置I、II、III。
图1至6示出用于不同实施方式的不同接合位置的示意图。
在图1至3所示的实施方式的框架内，电动机输出轴的离合齿部35布置在接合元件50、51的径向外侧，其中，内燃机输出轴的离合齿部25和变速器输入轴的离合齿部45布置在接合元件50、51的径向内侧。在此，电动机输出轴的离合齿部35设计为内齿，并且用于电动机输出轴的接合段53设计为外齿。用于内燃机输出轴的接合段52和用于变速器输入轴的接合段54在此设计为内齿，其中，内燃机输出轴的离合齿部25和变速器输入轴的离合齿部45设计为外齿。
在图4至6所示的实施方式的框架内，内燃机输出轴的离合齿部25、电动机输出轴的离合齿部35和变速器输入轴的离合齿部45布置在接合元件50、51的径向内侧并且设计为外齿，其中，接合元件50、51的用于内燃机输出轴的接合段52、用于电动机输出轴的接合段53和用于变速器输入轴的接合段54设计为内齿。
在图1和4中示出爪齿离合器或者说接合元件50、51的纯内燃机式接合位置I。图1和4示出在纯内燃机式接合位置I中，通过接合元件50、尤其通过滑动套筒51将内燃机输出轴2与变速器输入轴4可转动地连接，其中，内燃机输出轴的离合齿部25嵌入接合元件50、51的用于内燃机输出轴的接合段52，并且接合元件50、51的用于变速器输入轴的接合段54嵌入变速器输入轴的离合齿部45。电动机输出轴的离合齿部35和用于电动机输出轴的接合段53在此分离，由此，电动机输出轴3与内燃机输出轴2和变速器输入轴4脱耦、尤其旋转脱耦。通过纯内燃机式接合位置I尤其可以实现交通运输工具的纯内燃机式前行、例如纯内燃机式行驶。由于电动机输出轴3与内燃机输出轴2和变速器输入轴4脱耦、尤其旋转脱耦，所以这在没有电动机联动的情况下实现，由此可以避免损失并且提高混合驱动系统的效率。
在图2和5中示出爪齿离合器或者说接合元件50、51的纯电动机式接合位置II。图2和5示出，在纯电动机式接合位置II中通过接合元件50、尤其滑动套筒51使电动机输出轴3与变速器输入轴4可转动地连接，其中，电动机输出轴的离合齿部35嵌入接合元件50、51的用于电动机输出轴的接合段53，并且接合元件50、51的用于变速器输入轴的接合段54嵌入变速器输入轴的离合齿部45。内燃机输出轴的离合齿部25和用于内燃机输出轴的接合段52在此分离，由此内燃机输出轴2与电动机输出轴3和变速器输入轴4脱耦、尤其转动脱耦。通过纯电动机式接合位置II尤其可以实现交通运输工具的纯电动机式前行、例如纯电动机式行驶。
在图3和6中示出爪齿离合器或者说接合元件50、51的内燃机和电动机的组合的接合位置III。图3和6示出，在内燃机和电动机的组合式接合位置III中，通过接合元件50、尤其通过滑动套筒51将内燃机输出轴2和电动机输出轴3可转动地与变速器输入轴4相连。在此，内燃机输出轴的离合齿部25嵌入接合元件50、51的用于内燃机输出轴的接合段52，电动机输出轴的离合齿部35嵌入接合元件50、51的用于电动机输出轴的接合段53，并且接合元件50、51的用于变速器输入轴的接合段54嵌入变速器输入轴的离合齿部45。由此可以实现交通运输工具的混合动力的前行、例如混合动力的行驶、实现通过电动机的能量回收、负荷点移动和/或通过电动机支持内燃机、所谓的“助推”。
在图7至11所示的实施方式中，内燃机输出轴的离合齿部25、电动机输出轴的离合齿部35和变速器输入轴的离合齿部45类似于图4至6所示的实施方式布置在接合元件50、51的径向内侧并且设计为外齿，其中，用于内燃机输出轴的接合段52、用于电动机输出轴的接合段53和用于变速器输入轴的接合段54设计为内齿。内燃机输出轴的离合齿部25、电动机输出轴的离合齿部35和变速器输入轴的离合齿部45在此分别具有用于连接相应轴(尤其是内燃机输出轴2、电动机输出轴3、尤其转子或转子支架以及变速器输入轴4)的空心柱形的轴连接段和齿段。轴容纳段在此同轴地布置，其中，电动机输出轴的离合齿部35的轴容纳段围绕内燃机输出轴的离合齿部25的轴容纳段，并且内燃机输出轴的离合齿部25的轴容纳段又围绕变速器输入轴的离合齿部45的轴容纳段。
图8示出，接合元件50、51在此具有多件式的结构，并且包括环形的接合元件基体50’、环形的用于电动机输出轴的第一接合段53、环形的用于电动机输出轴的第二接合段53’、环形的用于内燃机输出轴的接合段52和环形的用于变速器输入轴的接合段54。接合元件基体50’在此具有第一部段和比第一部段具备更大内径的第二部段。用于电动机输出轴的第一接合段53、用于电动机输出轴的第二接合段53’和用于内燃机输出轴的接合段52在此能够贴靠在接合元件基体50’的第一部段的内周面上地布置或贴靠地布置、尤其可抗扭地布置或者在此可设计为集成的部件。用于变速器输入轴的接合段54在此能够贴靠在接合元件基体50’的第二部段的内周面上地布置或贴靠地布置、尤其可抗扭地布置或者在此可设计为集成的部件。
图7和8还示出，用于电动机输出轴的第一接合段53和用于电动机输出轴的第二接合段53’分别具有齿部段和无齿部的部段，其中，用于内燃机输出轴的接合段52和用于变速器输入轴的接合段54具有连续的齿部。
图7、9至11示出，用于电动机输出轴的第一接合段53、用于电动机输出轴的第二接合段53’和用于内燃机输出轴的接合段52以及电动机输出轴的离合齿部35的对应齿部和内燃机输出轴的离合齿部25的对应齿部，与用于变速器输入轴的接合段54的齿部和对应的变速器输入轴的离合齿部45的齿部相比，具有类似的且尤其更小的内径或外径。
在图7和9中示出爪齿离合器5或接合元件50、51的内燃机和电动机组合式接合位置III。图7和9示出，在内燃机和电动机组合的接合位置III中，通过接合元件50、51将内燃机输出轴2和电动机输出轴3可转动地与变速器输入轴4相连。在此，内燃机输出轴的离合齿部25嵌入接合元件50、51的用于内燃机输出轴的接合段52，电动机输出轴的离合齿部53嵌入用于电动机输出轴的第一接合段53的齿部段，并且用于变速器输入轴的接合段54嵌入变速器输入轴的离合齿部45。
在图10中示出爪齿离合器5或接合元件50、51的纯内燃机式接合位置I，这通过接合元件50、51从爪齿离合器5的内燃机和电动机组合式接合位置III沿轴向的(在所示的示例中向左，参见箭头)移动可实现接合或被接合。图10示出在纯内燃机式接合位置I中，通过接合元件50、51将内燃机输出轴2与变速器输入轴4可转动地相连，其中，内燃机输出轴的离合齿部25嵌入接合元件50、51的用于内燃机输出轴的接合段52，并且接合元件50、51的用于变速器输入轴的接合段54嵌入变速器输入轴的离合齿部45。电动机输出轴的离合齿部35在此与用于电动机输出轴的第一接合段53的无齿部段相对置地布置，因此电动机输出轴的离合齿部35与用于电动机输出轴的第一接合段53的齿部段没有相互啮合并且被分离，由此，电动机输出轴3与内燃机输出轴2和变速器输入轴4脱耦、尤其旋转脱耦。
在图11中示出爪齿离合器5或接合元件50、51的纯电动机式接合位置II，这通过接合元件50、51从爪齿离合器5的纯内燃机式接合位置I沿轴向的(在所示的示例中向左，参见箭头)继续移动可实现接合或被接合。图11示出，在纯电动机式接合位置II中，通过接合元件50、51将电动机输出轴3与变速器输入轴4可转动地相连，其中，电动机输出轴的离合齿部35嵌入用于电动机输出轴的第二接合段53’的齿部段，并且用于变速器输入轴的接合段54嵌入变速器输入轴的离合齿部45。内燃机输出轴的离合齿部25的齿部在此移入用于变速器输入轴的接合段54，但是由于其较小的外径没有与用于变速器输入轴的接合段54的齿部相啮合，由此，内燃机输出轴2与变速器输入轴4和电动机输出轴3脱耦、尤其旋转脱耦。
图12和13以及图14和15示出两个不同的实施方式并且基本上用于说明，混合驱动系统1在一种实施方式的框架下可以具有至少一个机械的、尤其摩擦配合和/或形状配合的同步元件6、尤其是惯性或者说锁止式同步元件，其中，同步元件6或惯性式同步元件布置在需要通过爪齿离合器5耦连的各个轴2、4；3、例如电动机输出轴3和内燃机输出轴2或者变速器输入轴4的离合齿部之间，并且如此设计，使得在待通过爪齿离合器5接合的各个轴2、4；3的转速不同时阻止爪齿离合器5、尤其爪齿离合器5的接合元件50、51的移入结合，并且在待通过爪齿离合器5接合的各个轴2、4；3、例如电动机输出轴3和内燃机输出轴2或者变速器输入轴4具有同步转速时，允许爪齿离合器5、尤其爪齿离合器5的接合元件50、51的移入结合。在此，同步元件6设计为环形并且具有外径，该外径在转速不同时略微大于接合元件50、51的最小内径，因此接合元件50、51无法轴向移动超过同步元件6，或者仅在到达相应的同步转速时可以移动，因为此时同步元件至少部分沿径向移入结合。同步元件6在此具有同步元件的离合齿部62、例如以内齿的形式，其设计为与设计在待通过爪齿离合器5接合的各个轴2、4；3上的例如外齿形式的同步元件的离合齿部26相对应。
图12和14尤其示出爪齿离合器5的断开的耦合位置并且表明，在待通过爪齿离合器5接合的各个轴2、4；3、例如电动机输出轴3、内燃机输出轴2或变速器输入轴4具有不同转速时，同步元件6处在分离的位置，在该位置中同步元件6的同步元件离合齿部62与待通过爪齿离合器5接合的轴2/4、或3/2、4的用于同步元件离合齿部26处于齿对齿(Zahn-auf-Zahn)的位置，由此(尤其通过基于齿对齿位置所产生的间距)接合元件50、51在不同转速时阻止形成各个轴2、4；3之间的可转动连接。
图13和15尤其示出爪齿离合器5的闭合的耦合位置并且表明，在待通过爪齿离合器5接合的各个轴2、4；3具有同步转速时，同步元件6处于移入结合位置，在该位置中同步元件6的同步元件离合齿部62与待通过爪齿离合器5接合的轴2、4的用于同步元件的离合齿部26/36处于齿对槽的位置，由此(尤其通过基于齿对槽位置而减小的间距)接合元件50、51在同步转速中允许在各个轴2、4；3之间形成可转动连接。
通过这样设计的机械的、尤其摩擦配合和/或形状配合的同步元件6，可以以简单的节省结构空间的且成本低廉的方式实现机械的同步、尤其惯性式同步。
结合图12和13或14和15阐述的同步元件6例如可以设置在内燃机输出轴的离合齿部25和电动机输出轴的离合齿部35之间和/或在变速器输入轴的离合齿部45和电动机输出轴的离合齿部35之间和/或在内燃机输出轴的离合齿部和变速器输入轴的离合齿部之间(在图12至15中未示出)。
通过图12至15所示的同步元件的实施方式，例如在具有转子3a、转子支架3c和定子3b的电动机中，转子3a或转子支架3c可以与内燃机输出轴2脱耦。在此在该设计方案中，转子3a或转子支架3c抗扭地与变速器输入轴4可连接或相连(参见图12和13)。但同样可行的是，通过在图12至15所示的同步元件的实施方式，转子3a或转子支架3c可以与变速器输入轴4脱耦(参见图14和15)。
图16至20和21示出按照本发明的混合驱动系统1的另外的实施方式并且示出，混合驱动系统1一方面可以也具有两个机械的、尤其形状配合的锁止元件6’、6”，并且另一方面也可以具有摩擦离合器7，用于借助具有转子3a、转子支架3c和定子3b的电动机启动内燃机。
图16至20和21示出，混合驱动系统1具有具备内燃机输出轴的离合齿部25的内燃机输出轴2、具备变速器输入轴的离合齿部45的变速器输入轴4和具备电动机输出轴的离合齿部35的电动机输出轴3以及接合元件50或滑动套筒51和换挡拨叉51’。在滑动套筒51和换挡拨叉51’之间在此设计有滑动配合，其中，滑动套筒51轴向可移动地布置并且至少在一侧装配有复位元件55、55’、例如压力弹簧。
如图21所示，滑动套筒51例如也在两侧装配有复位元件55、55’、例如弹簧和配合弹簧和/或减振元件。由此，接合噪音可以通过插入的预紧的滑动套筒51从反方向截获并且以这种方式使可能的接合噪音保持尽可能小。
换挡拨叉51’同样轴向可移动地布置。换挡拨叉51’的轴向移动在此可通过促动器(未示出)作用，该换挡拨叉例如如下所述地必要时仅具有三个促动器并且由此可以简单地设计。
滑动套筒51具有可嵌入电动机输出轴的离合齿部35的用于电动机输出轴的接合段53、可嵌入变速器输入轴的离合齿部45的用于变速器输入轴的接合段54和可嵌入内燃机输出轴的离合齿部25的用于内燃机输出轴的接合段52。
在此，在内燃机输出轴的离合齿部25与变速器输入轴的离合齿部45之间和在变速器输入轴的离合齿部45与电动机输出轴的离合齿部35之间分别设置锁止元件6’、6”。
在此，通过在电动机输出轴的离合齿部35和变速器输入轴的离合齿部45之间布置的锁止元件6’，尤其可以在电动机输出轴3和变速器输入轴4具有不同转速时阻止通过滑动套筒51在电动机输出轴的离合齿部35和变速器输入轴的离合齿部45之间形成可转动的连接，并且在电动机输出轴3和变速器输入轴4具有同步转速时实现所述可转动的连接。
通过在内燃机输出轴的离合齿部25和变速器输入轴的离合齿部45之间布置的锁止元件6”，尤其可以在内燃机输出轴2和变速器输入轴4具有不同转速时避免通过滑动套筒51在内燃机输出轴的离合齿部25和变速器输入轴的离合齿部45之间形成可转动的连接，并且在内燃机输出轴2和变速器输入轴4具有同步转速时允许所述可转动的连接。
摩擦离合器7设计在内燃机输出轴2和换挡拨叉51’之间并且可以通过换挡拨叉51’的轴向移动进行操作。在此，通过换挡拨叉51’的轴向移动，摩擦离合器的按压面71、71’可以在内燃机输出轴2和换挡拨叉51’之间构成摩擦配合式连接的情况下被或者可以挤压在一起。以这种方式，可以提供具有惯性式同步的爪齿桥接离合器的滑转启动离合器。
在图16和21中示出爪齿离合器5的纯电动机式接合位置II。图16和21表示，在纯电动机式接合位置II中通过滑动套筒51实现电动机输出轴3与变速器输入轴4的可转动的连接，其中，电动机输出轴的离合齿部35嵌入用于电动机输出轴的接合段53并且用于变速器输入轴的接合段54嵌入变速器输入轴的离合齿部45。用于使换挡拨叉51’轴向移动的促动器(未示出)在此可以处在第一促动器接合位置中。由此例如在电气启动时可以实现交通运输工具的纯电动前行。摩擦离合器7在此断开并且内燃机输出轴的离合齿部25和用于内燃机输出轴的接合段52在此相互错位地布置，由此内燃机输出轴2与变速器输入轴4脱耦并且也与电动机输出轴3脱耦、尤其转动脱耦。
在图18中示出内燃机启动器接合位置IV、尤其与爪齿离合器5的特定接合位置无关，其可以通过换挡拨叉51’的轴向移动从爪齿离合器5的纯电动机式接合位置II朝摩擦离合器7的方向(在所示实施例中向左，参见箭头)转换并且由此有针对性地按压摩擦离合器7。图18示出，在内燃机启动器接合位置IV中，换挡拨叉51’借助摩擦离合器7通过摩擦配合式连接可转动地与内燃机输出轴2相连。用于换挡拨叉51’的轴向移动的促动器(未示出)在此可以处于第二促动器接合位置中。在此在达到同步转速之前，通过内燃机输出轴的离合齿部25和变速器输入轴的离合齿部45之间的锁止元件6”阻止滑动套筒51的通过换挡拨叉51’产生的轴向移动并且尤其阻止内燃机输出轴的离合齿部25的过度移动或者说断层并且保持在一个位置中，在该位置中虽然通过滑动套筒51将电动机输出轴3与变速器输入轴4可转动地相连，但是内燃机输出轴的离合齿部25与用于内燃机输出轴的接合段52再次相互错位地布置，并且由此使内燃机输出轴2没有借助滑动套筒51与电动机输出轴3和变速器输入轴4耦连。
以这种方式，可以通过电动机借助电动机输出轴3、摩擦离合器7的摩擦配合连接和内燃机输出轴2，尤其既在交通运输工具前进时(例如从电气行驶开始)，也从停车时开始启动或开启内燃机。由此不再需要用于启动内燃机的附加启动器。
通过处于内燃机输出轴的离合齿部25和变速器输入轴的离合齿部45之间的锁止元件6”，可以在内燃机输出轴2和电动机输出轴3和/或变速器输入轴4之间达到相同转速之前避免连接滑动套筒51，并且在换挡拨叉51’的轴向移动的作用下预紧复位元件55、55’。当内燃机输出轴2和电动机输出轴3和/或变速器输入轴4之间达到同步转速时，锁止元件6”则允许通过预紧的复位元件55连接滑动套筒51，因此爪齿离合器5只有在达到同步转速时才自主地移入结合，为此尤其不再需要另外的促动器。
图18还示出，机械的、尤其形状配合的锁止元件6”、6’(作为对在图12至15的框架下示出的实施方式中所述的同步的备选)，也可以设计用于借助径向的形状配合式闭锁进行同步。
图19中示出爪齿离合器5的内燃机和电动机组合的接合位置III，爪齿离合器5通过滑动套筒51从内燃机启动器的接合位置IV向摩擦离合器7的方向的(在所示的示例中向左，参见箭头)轴向移动可实现接合或被接合。在此，在内燃机输出轴2和变速器输入轴4达到同步转速时通过内燃机输出轴的离合齿部25与变速器输入轴的离合齿部45之间的锁止元件6”允许滑动套筒51的轴向移动，并且通过由复位元件55对滑动套筒51施加的预紧力进行作用。用于换挡拨叉51’的轴向移动的促动器(未示出)在此可以仍处于第二促动器接合位置中。
在内燃机和电动机组合的接合位置III中，内燃机输出轴的离合齿部25与用于内燃机输出轴的接合段52可以相啮合，电动机输出轴的离合齿部35与用于电动机输出轴的接合段53可以相啮合，并且变速器输入轴的离合齿部45与用于变速器输入轴的接合段54可以相啮合，并且以这种方式能够使内燃机输出轴2与电动机输出轴3和变速器输入轴4可转动地相连接。
在图20中示出爪齿离合器5的纯内燃机式接合位置I，其通过换挡拨叉51’和滑动套筒51的从内燃机启动器的接合位置IV远离摩擦离合器7的(在所示的示例中向右，参见箭头)轴向移动可接合或被接合。为此，换挡拨叉51’通过促动器(未示出)拉回。
在纯内燃机式接合位置I中，内燃机输出轴的离合齿部25可以与用于内燃机输出轴的接合段52啮合，并且变速器输入轴的离合齿部45可以与用于变速器输入轴的接合段54啮合，并且以这种方式将内燃机输出轴2与变速器输入轴4可转动地连接。在此，电动机输出轴的离合齿部35相对于用于电动机输出轴的接合段53错位地布置，使得电动机输出轴3与内燃机输出轴2和变速器输入轴4脱耦。用于换挡拨叉51’的轴向移动的促动器(未示出)在此可以处于第三促动器接合位置中。
在图16至20和21所示的实施方式中，为了操作爪齿离合器、尤其是换挡拨叉51’和摩擦离合器，可以使用唯一的或者共同的、尤其简单的促动器，其尤其仅具有三个定义的接合位置。由此可以节省部件并且因此节省费用。摩擦离合器在此可以具有较小的尺寸并且例如仅设计用于内燃机的启动并且例如不设计为行车离合器。
图22示出图4至7所示的按照本发明的混合驱动系统1的实施方式的扩展设计，其中，接合元件50、51设有离心摆。该离心摆8例如可以刚性地固定。通过将离心摆8(或转速适配的缓冲器)连接在接合元件50、51上，可以使得其在内燃机运行中始终处于啮合并且可以减弱或者缓冲驱动轴的振动。
附图标记列表
1 混合驱动系统
2 内燃机输出轴
3 电动机输出轴
3a 转子
3b 定子
3c 转子支架
4 变速器输入轴
5 爪齿离合器
6 同步元件
6’、6” 锁止元件
7 摩擦离合器
8 离心摆
25 内燃机输出轴的离合齿部
26 用于同步元件的离合齿部
35 电动机输出轴的离合齿部
36 同步元件的离合齿部
45 变速器输入轴的离合齿部
50 接合元件
50’ 接合元件基体
51 滑动套筒
51’ 换挡拨叉
51” 滑动配合
52 用于内燃机输出轴的接合段
53、53’ 用于电动机输出轴的接合段
54 用于变速器输入轴的接合段
55 弹簧/复位元件
55’ 弹簧/减振元件
62 同步元件的离合齿部
71、71’ 按压面
I 纯内燃机式接合位置
II 纯电动机式接合位置
III 内燃机和电动机的组合式接合位置
IV 内燃机启动器的接合位置

Claims (15)

1.一种混合驱动系统(1)，用于交通运输工具、尤其用于机动车，所述混合驱动系统(1)具有具备内燃机输出轴(2)的内燃机、具备电动机输出轴(3)的电动机、具备变速器输入轴(4)的变速器和爪齿离合器(5)，其中，所述内燃机输出轴(2)和电动机输出轴(3)与变速器输入轴(4)可转动地连接或者能够与之连接，其特征在于，通过所述爪齿离合器(5)能够使所述电动机输出轴(3)与变速器输入轴(4)可转动地连接和旋转脱耦。
2.按照权利要求1所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，通过所述爪齿离合器(5)能够使所述电动机输出轴(3)与内燃机输出轴(2)可转动地连接和旋转脱耦。
3.按照权利要求1或2所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，通过所述爪齿离合器(5)能够使所述内燃机输出轴(2)与变速器输入轴(4)可转动地连接和旋转脱耦。
4.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述爪齿离合器(5)具有接合元件(50)，尤其是所述接合元件(50)具有滑动套筒(51)。
5.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述爪齿离合器(5)、尤其是接合元件(50)具有至少三个接合位置(I、II、III、IV)。
6.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述电动机输出轴(3)具有电动机输出轴的离合齿部(35)，所述变速器输入轴(4)具有变速器输入轴的离合齿部(45)，并且所述内燃机输出轴(2)具有内燃机输出轴的离合齿部(25)，其中，所述接合元件(50)具有能够与所述电动机输出轴的离合齿部(35)啮合的用于电动机输出轴的接合段(53)、能够与所述变速器输入轴的离合齿部(45)啮合的用于变速器输入轴的接合段(54)和能够与所述内燃机输出轴的离合齿部(25)啮合的用于内燃机输出轴的接合段(52)。
7.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述爪齿离合器(5)具有纯内燃机式接合位置(I)，其中，在纯内燃机式接合位置(I)中，通过所述接合元件(50)使所述内燃机输出轴(2)与变速器输入轴(4)可转动地连接，并且使所述电动机输出轴(3)与所述内燃机输出轴(2)和变速器输入轴(4)旋转脱耦。
8.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述爪齿离合器(5)具有纯电动机式接合位置(II)，其中，在纯电动机式接合位置(II)中，通过所述接合元件(50)使所述电动机输出轴(3)与变速器输入轴(4)可转动地连接，并且使所述内燃机输出轴(2)与所述电动机输出轴(3)和变速器输入轴(4)旋转脱耦。
9.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述爪齿离合器(5)具有组合的内燃机和电动机的接合位置(III)，其中，在组合的内燃机和电动机的接合位置(III)中，通过所述接合元件(50)使所述内燃机输出轴(2)和电动机输出轴(3)与变速器输入轴(4)可转动地连接。
10.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，在所述内燃机输出轴的离合齿部(25)和变速器输入轴的离合齿部(45)之间布置有同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)，在所述内燃机输出轴(2)和变速器输入轴(4)具有不同转速时，所述同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)阻止通过所述接合元件(50)在所述内燃机输出轴的离合齿部(25)和变速器输入轴的离合齿部(45)之间形成可转动的连接，并且在所述内燃机输出轴(2)和变速器输入轴(4)基本上具有同步转速时，所述同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)允许通过所述接合元件(50)在所述内燃机输出轴的离合齿部(25)和变速器输入轴的离合齿部(45)之间形成可转动的连接，和/或
在所述内燃机输出轴的离合齿部(25)和电动机输出轴的离合齿部(35)之间布置有同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)，在所述内燃机输出轴(2)和电动机输出轴(3)基本上具有不同转速时，所述同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)阻止通过所述接合元件(50)在所述内燃机输出轴的离合齿部(25)和电动机输出轴的离合齿部(35)之间形成可转动的连接，并且在所述内燃机输出轴(2)和电动机输出轴(3)基本上具有同步转速时，所述同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)允许通过所述接合元件(50)在所述内燃机输出轴的离合齿部(25)和电动机输出轴的离合齿部(35)之间形成可转动的连接，和/或
在所述电动机输出轴的离合齿部(35)和变速器输入轴的离合齿部(45)之间布置有同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)，在所述电动机输出轴(3)和变速器输入轴(4)基本上具有不同转速时，所述同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)阻止通过所述接合元件(50)在所述电动机输出轴的离合齿部(35)和变速器输入轴的离合齿部(45)之间形成可转动的连接，并且在所述电动机输出轴(3)和变速器输入轴(4)基本上具有同步转速时，所述同步元件(6)和/或锁止元件(6’、6”)允许通过所述接合元件(50)在所述电动机输出轴的离合齿部(35)和变速器输入轴的离合齿部(45)之间形成可转动的连接。
11.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述混合驱动系统(1)还具有摩擦离合器(7)，用于借助电动机启动内燃机，其中，通过所述摩擦离合器(7)能够在所述内燃机输出轴(2)和电动机输出轴(3)、尤其是所述接合元件(50)之间形成摩擦配合式连接。
12.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述爪齿离合器(5)具有内燃机启动器的接合位置(IV)，其中，所述接合元件(50)通过所述摩擦离合器(7)与所述内燃机输出轴(2)可转动地连接。
13.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述接合元件(50)、尤其是滑动套筒(51)至少在一侧配备有复位元件(55)或者与复位元件(55)共同作用。
14.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述接合元件(50)能够被液压地促动。
15.按照前述权利要求之一所述的混合驱动系统(1)，其特征在于，所述接合元件(50)配备有离心摆(8)或者与离心摆(8)共同作用。
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