DE102005001037A1

DE102005001037A1 - Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005001037A1
Application number: DE200510001037
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr.-Ing. Heilenkötter; Christoph Dipl.-Ing. Stelzer; Klaus Dipl.-Ing. Lindemann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20

Abstract

Bei einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem als Verbrennungskolbenmotor ausgebildeten und abtriebsseitig mit einem Schwungrad versehenen Antriebsmotor und mit einem antriebsseitig über ein Anfahrelement mit dem Antriebsmotor und abtriebsseitig mit einem Achs- oder Verteilergetriebe in Verbindung stehenden Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (6) zur Verringerung des Eingangsdrehmomentes antriebsseitig ein nichtschaltbares einstufiges Vorschaltgetriebe (9) mit einer Eingangswelle (10) und einer Ausgangswelle (11) unmittelbar vorgeschaltet ist, das ein Übersetzungsverhältnis von i¶VG¶ < 1 aufweist und an eine Schmierölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (6) angeschlossen ist, und dass ein dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (6) nachgeschaltetes Getriebe zur Anpassung der Ausgangsdrehzahl und des Ausgangsdrehmomentes ein in etwa um den Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses i¶VG¶ des Vorschaltgetriebes (9) erhöhtes Übersetzungsverhältnis i¶NG¶ aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem als Verbrennungskolbenmotor ausgebildeten und abtriebsseitig mit einem Schwungrad versehenen Antriebsmotor und mit einem antriebsseitig über ein Anfahrelement mit dem Antriebsmotor und abtriebsseitig mit einem Achs- oder Verteilergetriebe in Verbindung stehenden Geschwindigkeits-Wechselgetriebe.
Unter einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe wird vorliegend ein Fahrzeuggetriebe mit stufenweise oder kontinuierlich veränderlichem Übersetzungsverhältnis verstanden. Bei dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe kann es sich somit um ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Schaltgetriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe, einen Planetenrad-Getriebeautomaten, und um ein CVT-Getriebe handeln.

Geschwindigkeits-Wechselgetriebe werden zur Erzielung einer durch hohe Stückzahlen möglichen kostengünstigen Fertigung mit geringen Modifikationen in möglichst vielen Fahrzeugmodellen mit unterschiedlich starken Antriebsmotoren verwendet. Dabei sind die Einsatzmöglichkeiten eines bestimmten Getriebetyps außer durch den verfügbaren Übersetzungsbereich und bauliche Gegebenheiten, wie z.B. die Auslegung für Längs- oder Quereinbau der aus dem Antriebsmotor und dem Getriebe gebildeten Antriebseinheit, im wesentlichen durch das maximal zulässige Eingangsdrehmoment beschränkt, für das das jeweilige Geschwindigkeits-Wechselgetriebe konstruktiv ausgelegt ist.

Durch große Fortschritte in der Motorentechnik sind in den letzten Jahren sehr drehmomentstarke Antriebsmotoren, insbesondere Turbodieselmotoren mit Direkteinspritzung, entwickelt worden, deren maximales Drehmoment das maximal zulässige Eingangsdrehmoment vieler vorhandener Geschwindigkeits-Wechselgetriebe übersteigt. Für diese starken Antriebsmotoren müssten daher neue Getriebe entwickelt werden. Dies hat zur Folge, dass mehrere unterschiedliche Getriebetypen mit teilweise geringen Stückzahlen pro Getriebetyp parallel produziert werden müssten, was produktionstechnisch und logistisch ungünstig ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte und kostengünstige Anordnung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit der ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Kombination mit einem Antriebsmotor verwendet werden kann, dessen maximales Drehmoment größer ist als das maximal zulässige Eingangsdrehmoment des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe zur Verringerung des Eingangsdrehmomentes antriebsseitig ein nicht-schaltbares einstufiges Vorschaltgetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle unmittelbar vorgeschaltet ist, das ein Übersetzungsverhältnis von i_VG < 1 aufweist und an eine Schmierölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes angeschlossen ist, und dass ein dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe nachgeschaltetes Getriebe zur Anpassung der Ausgangsdrehzahl und des Ausgangsdrehmomentes ein in etwa um den Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses i_VG des Vorschaltgetriebes erhöhtes Übersetzungsverhältnis i_NG aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10.

Durch das feste Übersetzungsverhältnis i_VG < 1 des Vorschaltgetriebes wird das von dem Antriebsmotor erzeugte Drehmoment im Verhältnis des Übersetzungsverhältnisses i_VG abgesenkt und damit das Eingangsdrehmoment des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes entsprechend verringert. Somit kann nun ein vorhandenes Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, das für ein niedrigeres maximales Eingangsdrehmoment ausgelegt ist, mit einem stärkeren, d.h. ein höheres maximales Drehmoment aufweisenden Antriebsmotor kombiniert werden. Das im gleichen Verhältnis erhöhte Drehzahlniveau innerhalb des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes kann von diesem zumeist ohne weitere Maßnahmen verkraftet oder mit relativ geringem Aufwand, z.B. durch den Einbau verstärkter Lager-, Schalt-, und Synchronisationselemente, an dieses angepasst werden. Um das ausgangsseitige Drehzahlniveau des Antriebsstrangs wieder in den vorgesehenen Drehzahlbereich der Antriebsräder bzw. den Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs zu bringen, muss das durch das Vorschaltgetriebe erhöhte Drehzahlniveau in einem dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe nachgeschalteten Getriebe, bei dem es sich um ein Achs- bzw. Differenzialgetriebe einer Antriebsachse oder bei einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb um ein Verteilergetriebe handeln kann, durch ein entsprechend, d.h. in etwa im gleichen Verhältnis erhöhtes Übersetzungsverhältnis i_NG wieder abgesenkt werden. Dadurch wird auch das zuvor abgesenkte Drehmoment abtriebsseitig wieder erhöht. Zur Vermeidung einer separaten Ölversorgung ist das Vorschaltgetriebe kosten- und Platz sparend an die Schmierölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes angeschlossen, was auf einfache Weise mittels einer Verbindungsöffnung im unteren Bereich der miteinander in Kontakt stehenden Stirnwände bzw. Verbindungsflansche der beiden Getriebe, des Vorschaltgetriebes und des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes, erreicht werden kann.

Das Vorschaltgetriebe ist bevorzugt als ein einfaches, d.h. einen einfachen Planetenradsatz umfassendes Planetengetriebe mit einem gehäusefest arretierten Sonnenrad, einem mit der Eingangswelle verbundenen Planetenträger, und einem mit der Ausgangswelle verbundenen Hohlrad ausgebildet. Diese Bauart weist besonders in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf auf, was besonders vorteilhaft bei einer Queranordnung der Antriebseinheit ist. Ebenfalls ermöglicht diese Bauart die Realisierung eines Übersetzungsverhältnisses im Bereich von beispielsweise i_VG = 0,6 bis i_VG = 0,8, d.h. das Drehmoment des Antriebsmotors wird, je nach dem realisierten Übersetzungsverhältnis i_VG, um 20% bis 40% abgesenkt, so dass ein für schwächere Antriebsmotoren ausgelegtes Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Kombination mit Antriebsmotoren eingesetzt werden kann, die ein um 25% bis 67% höheres maximales Drehmoment aufweisen.

Das Anfahrelement ist aufgrund einer guten Steuerbarkeit und eines geringen Bauraumbedarfs bevorzugt als eine Nasskupplung in Form einer Lamellenkupplung ausgebildet, die zweckmäßig innerhalb des Gehäuses des Vorschaltgetriebes angeordnet und an eine Druckölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes angeschlossen ist. Automatisierte Getriebe, wie automatisierte Schaltgetriebe, automatisierte Doppelkupplungsgetriebe, Planetenrad-Getriebeautomaten, und CVT-Getriebe werden zumeist hydraulisch geschaltet oder verstellt und verfügen daher über eine Druckölversorgung zur Betätigung der getriebeinternen Schaltelemente bzw. zur Verstellung des Variators, so dass die als Anfahrelement und Motorkupplung dienende Lamellenkupplung zur Vermeidung einer separaten Druckölversorgung daran angeschlossen werden kann. Nur bei Verwendung eines Handschaltgetriebes als Geschwindigkeits-Wechselgetriebe oder bei einer nicht-hydraulischen, z.B. elektromagnetischen oder elektromotorischen, Betätigung der getriebeinternen Schaltelemente eines automatisierten Getriebes bzw. Verstellung des Variators eines CVT-Getriebes müsste eine separate Drucköl- und Schmierölversorgung zur Betätigung der Lamellenkupplung vorgesehen werden.

In einer besonders Platz sparenden Weise ist die Lamellenkupplung, insbesondere bei einer Anordnung innerhalb des Gehäuses des Vorschaltgetriebes, bevorzugt radial außen koaxial zu dem Vorschaltgetriebe angeordnet.

Das Schwungrad des Antriebsmotors ist zur Dämpfung von Drehschwingungen des Antriebsmotors vorteilhaft als ein Zweimassen-Schwungrad ausgebildet, bei dem in an sich bekannter Weise zwei Schwungmassen über Feder-Dämpfer-Elemente begrenzt verdrehbar zueinander gelagert sind, wodurch über die Kurbelwelle des Antriebsmotors eingeleitete Drehschwingungen weitgehend ausgefiltert und von dem Anfahrelement (Lamellenkupplung), dem Vorschaltgetriebe (Planetengetriebe) und dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe ferngehalten werden. Somit ist auch ohne die Verwendung eines hydraulischen Drehmomentwandlers die Kombination des Vorschaltgetriebes mit einem Planetenrad-Getriebeautomaten möglich, dessen Schaltelemente, wie Lamellenkupplungen und -bremsen, relativ empfindlich gegenüber Drehschwingungen sind. In diesem Fall übernimmt die Kombination aus Zweimassen-Schwungrad und Lamellenkupplung unter Einsparung von Bauraum die Funktion des sonst üblichen Drehmomentwandlers, wobei das Zweimassen-Schwungrad, die Lamellenkupplung, und das Planetengetriebe bei der vorgenannt günstigen Anordnung nahezu den gleichen Bauraum wie ein hydraulischer Drehmomentwandler in Anspruch nehmen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, die beispielhaft zur Erläuterung der Erfindung dient.
Hierzu zeigt:
1 Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs in einer schematischen Seitenansicht.
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeuges umfasst einen als Verbrennungskolbenmotor 3 ausgebildeten und abtriebsseitig mit einem Schwungrad 4 versehenen Antriebsmotor 2 und ein antriebsseitig über ein Anfahrelement 5 mit dem Antriebsmotor 2 und abtriebsseitig mit einem Achsgetriebe 8 einer Antriebsachse 7 mittelbar in Verbindung stehendes Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 6.
Dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 6, bei dem es sich um ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Schaltgetriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe, einen Planetenrad-Getriebeautomaten, oder um ein CVT-Getriebe handeln kann, ist antriebsseitig ein nicht-schaltbares einstufiges Vorschaltgetriebe 9 mit einer Eingangswelle 10 und einer Ausgangswelle 11 unmittelbar vorgeschaltet, das ein Übersetzungsverhältnis von i_VG < 1 aufweist. Vorliegend ist das Vorschaltgetriebe 9 als ein einfaches Planetengetriebe 12 mit einem gehäusefest arretierten Sonnenrad 13, einem mit der Eingangswelle 10 verbundenen und mehrere Planetenräder 15 tragenden Planetenträger 14, und einem mit der Ausgangswelle 11 verbundenen Hohlrad 16 ausgebildet. Das dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 6 nachgeschaltete Achsgetriebe weist ein in etwa um den Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses i_VG des Vorschaltgetriebes 9 erhöhtes Übersetzungsverhältnis i_NG auf.
Weist das als Planetengetriebe 12 ausgebildete Vorschaltgetriebe 9 ein Übersetzungsverhältnis von beispielsweise i_VG = 0,8 auf, so wird das an der Eingangswelle 10 anliegende Drehmoment des Antriebsmotors 2 über die Verzahnung der Zahnräder 13, 15, 16 bis zur Ausgangswelle 11 um 20% abgesenkt und die Drehzahl des Antriebsmotors 2 entsprechend um 25% erhöht. Somit kann in dem Antriebsstrang 1 ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 6 verwendet werden, dass ein um 20% geringeres maximal zulässiges Drehmoment aufweist als das maximale Drehmoment des Antriebsmotors 2. Um das an den Antriebsrädern 17 der Antriebsachse 7 wirksame Ausgangsdrehmoment und die Ausgangsdrehzahl wieder in den vorgesehenen Betriebsbereich zu bringen, ist das Übersetzungsverhältnis i_NV des Achsgetriebes 8 in etwa um den Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses i_VG des Vorschaltgetriebes 9, d.h. in dem hier gewählten Beispiel um den Faktor 1/0,8 = 1,25 erhöht. Das Anfahrelement 5 ist vorliegend als eine Nasskupplung 18 in Form einer Lamellenkupplung 19 ausgebildet, die radial außen koaxial zu dem Vorschaltgetriebe 9 und innerhalb des Gehäuses 20 des Vorschaltgetriebes 9 angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders in axialer Richtung kompakte Bauweise des Anfahrelementes 5 und des Vorschaltgetriebes 9. Durch die unmittelbare Nähe zu dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 6 ist auch ein Anschluss des Planetengetriebes 12 an eine Schmierölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 6 und der Lamellenkupplung 19 an eine Druckölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 6 möglich, wodurch Bauraum und Gewicht eingespart werden können.
Das Schwungrad 4 ist zur Dämpfung von Drehschwingungen der Kurbelwelle 21 des Antriebsmotors 2 als ein Zweimassenschwungrad 22 ausgebildet, bei dem zwei Schwungmassen 23 über Feder-Dämpfer-Elemente 24 begrenzt drehbeweglich zueinander gelagert sind. Somit kann die Kombination des Zweimassenschwungrades 22 mit der Lamellenkupplung 19 bei einer Ausbildung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 6 als Planetenrad-Getriebeautomat den dort üblichen hydraulischen Drehmomentwandler als Anfahr- und Dämpfungselement ersetzen.

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmotor
3: Verbrennungskolbenmotor
4: Schwungrad
5: Anfahrelement
6: Geschwindigkeits-Wechselgetriebe
7: Antriebsachse
8: Achsgetriebe
9: Vorschaltgetriebe
10: Eingangswelle
11: Ausgangswelle
12: Planetengetriebe
13: Sonnenrad
14: Planetenträger
15: Planetenrad
16: Hohlrad
17: Antriebsrad
18: Nasskupplung
19: Lamellenkupplung
20: Gehäuse
21: Kurbelwelle
22: Zweimassenschwungrad
23: Schwungmasse
24: Feder-Dämpfer-Element
i_NG: Übersetzungsverhältnis eines nachgeschalteten Getriebes
i_VG: Übersetzungsverhältnis des Vorschaltgetriebes

Claims

Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem als Verbrennungskolbenmotor ausgebildeten und abtriebsseitig mit einem Schwungrad versehenen Antriebsmotor und mit einem antriebsseitig über ein Anfahrelement mit dem Antriebsmotor und abtriebsseitig mit einem Achs- oder Verteilergetriebe in Verbindung stehenden Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (6) zur Verringerung des Eingangsdrehmomentes antriebsseitig ein nicht-schaltbares einstufiges Vorschaltgetriebe (9) mit einer Eingangswelle (10) und einer Ausgangswelle (11) unmittelbar vorgeschaltet ist, das ein Übersetzungsverhältnis von i_VG < 1 aufweist und an eine Schmierölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (6) angeschlossen ist, und dass ein dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (6) nachgeschaltetes Getriebe zur Anpassung der Ausgangsdrehzahl und des Ausgangsdrehmomentes ein in etwa um den Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses i_VG des Vorschaltgetriebes (9) erhöhtes Übersetzungsverhältnis i_NG aufweist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgetriebe (9) als ein einfaches Planetengetriebe (12) mit einem gehäusefest arretierten Sonnenrad (13), einem mit der Eingangswelle (10) verbundenen Planetenträger (14), und einem mit der Ausgangswelle (11) verbundenen Hohlrad (16) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis i_VG des Vorschaltgetriebes (9) im Bereich von i_VG = 0,6 bis i_VG = 0,8 liegt.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement (5) als Nasskupplung (18) in Form einer Lamellenkupplung (19) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplung (19) innerhalb eines Gehäuses (20) des Vorschaltgetriebes (9) angeordnet und an eine Druckölversorgung des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (6) angeschlossen ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplung (19) Platz sparend radial außen koaxial zu dem Vorschaltgetriebe (9) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (4) zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Kurbelwelle (21) des Antriebsmotors (2) als ein Zweimassen-Schwungrad (22) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeschaltete Achsgetriebe (8) einer Antriebsachse (7) mit dem erhöhten Übersetzungsverhältnis i_NG versehen ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb ein nachgeschaltetes Verteilergetriebe mit dem erhöhten Übersetzungsverhältnis i_NG versehen ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis i_NG des nachgeschalteten Getriebes (8) in etwa um den Faktor 1,25 bis 1,67 erhöht ist.