DE102005007879B4

DE102005007879B4 - Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102005007879B4
Application number: DE102005007879A
Authority: DE
Inventors: Robert L. Ann Arbor Moses; John R. Royal Oak Maten
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: US20050187066A1; DE102005007879A1; US6964631B2

Abstract

Hybridantriebsstrang (10) für ein Fahrzeug, wobei der Antriebsstrang (10) umfasst:
eine erste Drehmomentquelle (12);
eine zweite Drehmomentquelle (14);
ein Hybridleistungsgetriebe (16) mit einer Pumpe (20), die betreibbar ist, um als Antwort auf ein Drehmoment von der ersten oder zweiten Drehmomentquelle (12, 14) Getriebeöl zu pumpen; und
eine dritte Drehmomentquelle (36), die einen Rotor (26) der Pumpe (20) betreibt, wenn die Pumpe (20) durch keine der ersten und zweiten Drehmomentquellen (12, 14) betrieben wird.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuggetriebe, das ein Eingangsdrehmoment von sowohl einem Elektromotor als auch einem Verbrennungsmotor empfangen kann und eine elektrische Ölpumpe nutzt, um Druck für das Getriebe zu erzeugen.
Es stehen Leistungsgetriebe nach dem Stand der Technik zur Verfügung, die Planetengetriebesätze und Kupplungen nutzen, welche so konfiguriert sein können, dass normalerweise von einem Verbrennungsmotor betriebene Zusatzgeräte von einem Elektromotor/Generator angetrieben werden können; siehe hierzu die US 5,558,173 A . Wie in den meisten Entwürfen nach dem Stand der Technik werden Zusatzgeräte über Riemenverbindungen mit dem Verbrennungsmotor angetrieben. Solche Zusatzgeräte schließen Ölpumpen, Pumpen von Servolenkungen und Getriebeölpumpen ein. Da solche Pumpen im Allgemeinen über einen Riemen vom Verbrennungsmotor angetrieben werden, laufen sie leer, wenn der Motor nicht läuft.
Ferner wird in der US 2002/0084118 A1 ein Hybridantriebsstrang mit einem Verbrennungs- und einem Traktionsmotor beschrieben, wobei zusätzlich ein Startmotor vorgesehen ist, welcher unabhängig vom Betriebszustand des Antriebsstrangs eine Ölpumpe antreibt.
Es gibt gängige Anwendungen, die eine elektrische Ölpumpe in Hybridgetriebeanwendungen nutzen; sie sind aber eher eigenständige Pumpen mit einem Pumpenrotor und Elektromotor, d. h. eine voll funktionsfähige elektrische Ölpumpe. Die Integration einer separaten elektrischen Ölpumpe mit dem Hydrauliksteuerkreis des Getriebes schafft auch Aufgaben, wie z. B. eine Saugzuleitung und eine Druckrückkopplung in das Getriebe vorzusehen.
Ein eine Ölpumpe antreibendes Gerät wird verwendet, um eine Ölpumpe, die mit einem mit einem Motor gekoppelten Getriebe kombiniert ist, zum Transport von Arbeitsöl anzutreiben, um das Getriebe zu schmieren und zu ermöglichen, dass das Getriebe Gangwechsel vornimmt; siehe hierzu die US 5,474,428 A . Das Getriebe umfasst einen ersten Kraftübertragungsmechanismus zum Verbinden der Ausgangswelle eines Elektromotors mit der Antriebswelle der Ölpumpe und einen zweiten Kraftübertragungspfad zum Verbinden der Ausgangswelle des Motors mit der Antriebswelle der Ölpumpe. Ein Controller, um jeweils einen des ersten und zweiten Kraftübertragungsmechanismus auszuwählen, wählt den ersten Übertragungsmechanismus aus, um die Ölpumpe mit dem Elektromotor anzutreiben, wenn die Drehzahl der Ausgangswelle des Motors niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, und wählt den zweiten Kraftübertragungsmechanismus aus, um die Ölpumpe mit dem Motor anzutreiben, wenn die Drehzahl der Ausgangswelle des Motors die vorbestimmte Drehzahl übersteigt. Solche Ölpumpenanordnungen nutzen jedoch eine Zahnradpumpe, zwei Einwegkupplungen und einen Controller, um die Kupplung auszuwählen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dafür Sorge zu tragen, dass das Getriebe in jeder Betriebsphase sicher und effizient mit Getriebeöl versorgt werden kann.
Diese Erfindung fügt einen Elektromotor hinzu, der mit der Welle einer Pumpe verbunden ist, die im Getriebe schon vorhanden ist und die hier auch als Ölpumpe, Hauptölpumpe oder Hauptgetriebeölpumpe bezeichnet wird. Die Welle der Hauptölpumpe ist fest mit dem hinzugefügten Elektromotor verbunden. Eine außeraxiale Kette und ein außeraxiales Zahnrad sind mit der Welle der Hauptölpumpe über eine einzige Freilaufkupplung verbunden, so dass entweder der Elektromotor oder das Zahnrad oder der Zahnkranz für den Pumpenantrieb über den Verbrennungsmotor (ICE)/Drehmomentwandler die Ölpumpe selbst antreiben kann, welcher Motor (der Elektro- oder Verbrennungsmotor) auch immer bei einer höheren Drehzahl läuft. Dies ermöglicht, dass die Pumpe Druck für das Getriebesystem erzeugt, ohne dass der Motor läuft, d. h. während er leer läuft. Diese Erfindung hat eine minimale Anzahl zusätzlicher Teile zur Folge und erlaubt einen nahtlosen Übergang in Bezug darauf, welche Drehmoment- oder Motorquelle in der Hybridanordnung die Hauptölpumpe antreibt.
Diese Erfindung kann auch an anderen Automatikgetrieben verwendet werden, indem ein Elektromotor in einer außeraxialen Konfiguration genutzt und der Motor mit dem Mechanismus für den Hauptpumpenantrieb in ähnlicher Weise wie die Freilaufkupplung wie oben beschrieben gekoppelt wird.
Diese Erfindung reduziert die Kosten gegenüber einer voll funktionsfähigen elektrischen Ölpumpe und sorgt für einen nahtloseren Übergang, wenn die Umschaltung in Bezug darauf vorgenommen wird, welcher Motor oder welche Drehmomentquelle (Elektro- oder Verbrennungsmotor) die Hauptölpumpe antreibt.
Diese Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, der eine erste Drehmomentquelle; eine zweite Drehmomentquelle; ein Hybrid leistungsgetriebe mit einer Pumpe, die betreibbar ist, um als Antwort auf ein Drehmoment von der ersten oder zweiten Quelle Getriebeöl zu pumpen; und eine dritte Drehmomentquelle umfasst, um die Pumpe zu betreiben, wenn die Pumpe von keiner der ersten und zweiten Drehmomentquellen betrieben wird.
Die Erfindung eignet sich als Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug, der eine erste Drehmomentquelle und eine zweite Drehmomentquelle umfasst. Ein Hybridleistungsgetriebe integriert die erste und zweite Drehmomentquelle und weist eine Eingangspumpenwelle auf, die auf die erste oder zweite Drehmomentquelle ansprechend drehbar ist, und eine Antriebswelle der Getriebeölpumpe, die gegenüber der Eingangspumpenwelle außeraxial angeordnet ist. Das Getriebe weist einen Ölpumpenrotor auf, der durch die Eingangspumpenwelle mit einer ersten Drehzahl selektiv gedreht werden kann. Ein Elektromotor ist mit der Antriebswelle der Ölpumpe antreibbar verbunden, um den Ölpumpenrotor mit einer zweiten Drehzahl selektiv zu drehen, wobei der Ölpumpenrotor von dem Elektromotor oder der Eingangspumpenwelle des Getriebes jeweils als Reaktion darauf, welche der ersten und zweiten Drehzahlen höher ist, gedreht werden kann.
Die Erfindung eignet sich auch als Antriebsstrang für ein Fahrzeug, das eine erste Drehmomentquelle, eine zweite Drehmomentquelle, ein Hybridleistungsgetriebe, das die erste und zweite Drehmomentquelle integriert und eine Eingangswelle aufweist, die auf die erste oder zweite Drehmomentquelle ansprechend drehbar ist. Der Antriebsstrang umfasst auch einen Zahnkranz für einen Pumpenantrieb, der durch die Eingangswelle angetrieben werden kann, einen pumpengetriebenen Zahnkranz, der durch den Zahnkranz für den Pumpenantrieb angetrieben werden kann, und eine Pumpenantriebswelle, die bezüglich des Getriebes montiert ist und einen Ölpumpenrotor aufweist, der mit einem ersten Teil der Pumpenantriebswelle antreibbar verbunden ist. Ein Elektromotor ist antreibbar mit einem zweiten Teil der Pumpenantriebswelle verbunden, ein pumpengetriebener Zahnkranz ist mit der Pumpenantriebswelle selektiv antreibbar verbunden und eine Pumpenkette verbindet drehbar den Zahnkranz für den Pumpenantrieb mit dem pumpengetriebenen Zahnkranz, so dass die Drehung der Eingangswelle in einer Richtung den pumpengetriebenen Zahnkranz selektiv antreibt, um den Ölpumpenrotor anzutreiben, und die Pumpenantriebswelle vom Elektromotor angetrieben wird, wenn die Drehung der Eingangswelle nicht in der einen Richtung erfolgt.
Diese Erfindung eignet sich auch für eine Ölpumpe mit einem mit einem Motor gekoppelten Getriebe zum Transport von Arbeitsöl, um das Getriebe zu schmieren. Das die Ölpumpe antreibende Gerät umfasst einen Zahnkranz für den Pumpenantrieb, der um eine Achse drehbar ist und von dem Motor angetrieben wird, eine Welle der Hauptgetriebeölpumpe, die gegen die Achse des Zahnkranzes für den Pumpenantrieb versetzt ist, einen pumpengetriebenen Zahnkranz, der durch den Zahnkranz für den Pumpenantrieb angetrieben werden kann, eine Freilaufkupplung zwischen der Ölpumpenwelle und dem pumpengetriebenen Zahnkranz und einen Elektromotor, der mit der Ölpumpenwelle verbunden ist. Die Freilaufkupplung arretiert den Zahnkranz für den Pumpenantrieb mit der Pumpenantriebswelle, um die Ölpumpe über den Motor anzutreiben, und die Freilaufkupplung löst den pumpengetriebenen Zahnkranz von der Pumpenantriebswelle, um die Ölpumpe über den Elektromotor anzutreiben.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
1 eine schematische Vorderansicht des Automatikgetriebes in einem Hybridantriebsstrang mit einer integrierten elektromotorgetriebenen Ölpumpe, um Öldruck im Getriebe aufrechtzuerhalten;
2 eine schematische Seitenansicht des Getriebes, im Wesentlichen entlang einer Linie 2-2 in 1 gelegt, um eine Anordnung für einen selektiven Antrieb für die Ölpumpe darzustellen, wobei die Pumpenantriebswelle gegen die Antriebsachse des Hybridmotors versetzt ist;
3 eine schematische Seitenansicht der Anordnung für einen selektiven Antrieb für die Ölpumpe in einem normalen Betrieb, in dem die Antriebsachse eines Hybridmotors die Pumpenantriebswelle antreibt; und
4 eine schematische Seitenansicht einer Anordnung für einen selektiven Antrieb für die Ölpumpe in einem Elektromotorbetrieb, in dem die Pumpenantriebswelle vom Elektromotor angetrieben wird, wenn einer der Hybridmotoren AUS ist.
Mit dem Aufkommen von Hybridantriebssträngen, die ein Automatikgetriebe nutzen, ist es wichtig, dass der Öldruck im Getriebesystem aufrechterhalten wird, wenn der Fahrzeugmotor stoppt, um ein schnelles erneutes Einkuppeln der Vorwärtskupplung oder des Bandes und/oder der Riemenscheiben eines stufenlosen Getriebes (CVT) sicherzustellen, wenn das Fahrzeug sich wieder vorwärts bewegen soll. Ist der Motor aus oder gestoppt, ist auch der Antrieb für die herkömmliche Getriebepumpe gestoppt. Der Systemdruck muss jedoch für entscheidende Getriebeschal tungen aufrechterhalten werden. Separate Elektropumpen oder ”dichte” Ölkreisläufe sind zwei Verfahren, die genutzt wurden, um ein übermäßiges Ablaufen (engl. leakdown) zu verhindern, um diesen Systemdruck aufrechtzuerhalten. ”Dichte” Ölkreisläufe sind aber produktionstechnisch schwierig zu erreichen. Elektrische Ölpumpen können außerdem (je nach der Anforderung) teuer und verglichen mit der Verwendung der Hauptölpumpe, die schon im Getriebe vorhanden ist, überflüssig sein. Die Integration des Hydraulikkreises einer separaten elektrischen Ölpumpe mit dem Hydrauliksteuerkreis des Getriebes schafft außerdem auch Aufgaben wie z. B. das Vorsehen einer Saugzuleitung und Druckrückkopplung in das Getriebe. Ein anderer Nachteil der Hinzufügung einer separaten elektrischen Ölpumpe ist der Einbau. Der Einbauraum für einen Elektromotor ist im Gegensatz zu einer elektrischen Ölpumpe normalerweise kleiner.
Mit Verweis auf 1 und 2 umfasst ein Hybridantriebsstrang 10 für diese Erfindung einen Elektromotor 12 als eine Drehmomentquelle und einen Verbrennungsmotor 14 als eine zweite Drehmomentquelle. Die beiden Drehmomentquellen 12 oder 14 sind so angeordnet und wirksam verbunden, dass sie ein Fahrzeug über ein Getriebe 16 mit dem Gehäuse 18 antreiben.
Eine Pumpe 20 weist ein Gehäuse 22 auf, das an einer Seite 24 des Getriebegehäuses 18 montiert ist. Das Gehäuse umschließt im Innern der Pumpe 20 einen Pumpenrotor 26 und ein Ende oder einen Teil 28 einer Pumpenantriebswelle 30. Das andere Ende 32 erstreckt sich durch das Getriebegehäuse 18 und stellt eine Verbindung für einen Drehantrieb mit einem Elektromotor 36 her, der durch Befestigungen 38 an der Seite 40 des Getriebes angeordnet ist, die der Getriebeseite 24 gegenüberliegt, welche der Pumpe 20 gegenüberliegt.
Der Hybridantriebsstrang 10 weist eine Pumpenantriebsanordnung 50 auf. Die Anordnung 50 umfasst eine Eingangspumpenwelle 52, die entlang der Motorachse mit der ersten oder zweiten Drehmomentquelle im Hybridantriebsstrang drehbar verbunden ist. An der Eingangspumpenwelle 52 ist für eine gemeinsame Drehung ein Zahnkranz (Rad) 54 für den Pumpenantrieb auf der Achse des Verbrennungs- oder Elektromotors befestigt. Der Zahnkranz 54 treibt eine Pumpenkette 56 an.
Die Pumpenantriebswelle 30 ist bezüglich der Motorachse und der Eingangspumpenwelle 52 axial versetzt und selektiv drehbar antreibbar mit einem pumpengetriebenen Zahnkranz (Rad) 60 durch eine Freilaufkupplung 62 verbunden, die vom Rollen- oder Klemmkörperfreilauftyp sein könnte. Statt Zahnkränzen und Kette können Riemen und Räder verwendet werden.
Mit Verweis auf 3 wird ein normaler Pumpenbetrieb beschrieben. Die erste oder zweite Drehmomentquelle 12 oder 14 dreht die Eingangswelle 52 und den Zahnkranz 54 gegen den Uhrzeigersinn an. Dies treibt die Pumpenkette 56 und den Zahnkranz 60 des Pumpenantriebs ebenfalls gegen den Uhrzeigersinn an. Das Freilaufrad 62 arretiert den pumpengetriebenen Zahnkranz 60 an der Welle des Pumpenantriebs (Ölpumpenwelle) 30, die wiederum den Ölpumpenrotor 26 mit der Pumpenkette 56 mit einer höheren Drehzahl als die Pumpenantriebswelle 30 dreht oder rotiert.
Der Betrieb mit der Elektromotorpumpe wird mit Verweis auf 4 beschrieben. Die erste oder zweite Drehmomentquelle steht nicht zur Verfügung, so dass die Eingangspumpenwelle 52 und der Zahnkranz für den Pumpenantrieb der Maschinenachse nicht drehen oder rotieren und die Pumpenkette 56 sich nicht bewegt. Das Freilaufrad 62 löst sich, wenn der Elektromotor 36 die Pumpenantriebswelle 30 antreibt (und der Motor AUS ist), wodurch die Antriebswelle 30 der Ölpumpe und ihr Ölpumpenrotor 26 gegen den Uhrzeigersinn mit einer höheren Drehzahl als die Eingangspumpenwelle 52 gedreht wird.
Ein Elektromotor ist fest mit der Welle einer Hauptgetriebeölpumpe am Getriebegehäuse verbunden. Eine außeraxiale Kette und ein Zahnrad sind über eine einzige Freilaufkupplung mit der Welle der Hauptölpumpe verbunden, so dass irgendeine Drehmomentquelle in einem Hybridmotor die Ölpumpe antreiben kann oder die Ölpumpe in Abhängigkeit davon, welcher Motor mit einer höheren Drehzahl läuft, durch den Elektromotor oder den Hybridmotor angetrieben werden kann.

Claims

Hybridantriebsstrang (10) für ein Fahrzeug, wobei der Antriebsstrang (10) umfasst: eine erste Drehmomentquelle (12); eine zweite Drehmomentquelle (14); ein Hybridleistungsgetriebe (16) mit einer Pumpe (20), die betreibbar ist, um als Antwort auf ein Drehmoment von der ersten oder zweiten Drehmomentquelle (12, 14) Getriebeöl zu pumpen; und eine dritte Drehmomentquelle (36), die einen Rotor (26) der Pumpe (20) betreibt, wenn die Pumpe (20) durch keine der ersten und zweiten Drehmomentquellen (12, 14) betrieben wird.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Drehmomentquelle (36) ein Elektromotor (36) ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehmomentquelle (12) ein Elektromotor (12) ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehmomentquelle (14) ein Verbrennungsmotor (14) ist.