DE102005011889A1

DE102005011889A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen und Schmieren eines Hybridgetriebes

Info

Publication number: DE102005011889A1
Application number: DE102005011889A
Authority: DE
Inventors: Michael D. Carmel Forster; James A. Indianapolis Raszkowski; Gregory W. Avon Kempf
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: US20050209040A1; DE102005011889B4; US7247112B2

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum effizienten Kühlen und Schmieren rotierender Komponenten in einem Hybridgetriebe werden geschaffen. Indem ein Kühlstrom zu und zwischen den rotierenden Elementen effizient gesteuert wird, werden Stromanforderungen und damit verbundene Pumpanforderungen innerhalb der Antriebseinheit minimiert. Indem ein Verfahren geschaffen wird, um das Fluid direkt auf die erforderlichen Komponenten aufzubringen, werden außerdem Durchrutschverluste reduziert, die mit einem Kontakt von Komponenten mit Streuöl verbunden sind. Zusammengefasst schafft die Reduzierung der Pump- und Durchrutschverluste eine effizientere Antriebseinheit und ein insgesamt effizienteres Hybridantriebssystem, das direkt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 22. März 2004 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung 60/555,141, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit miteinbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen und Schmieren eines Hybridgetriebes.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Dem Wunsch nach weiteren Verbesserungen beim Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen und Emissionsreduzierungen folgend gibt es ein starkes Interesse an Hybridelektrofahrzeugen. Solche Fahrzeuge weisen typischerweise einen herkömmlichen Verbrennungsmotor und einen oder mehrere Elektromotoren auf, um je nach Betriebsmodus beim Antrieb oder bei der Energiespeicherung zu unterstützen. Um den Kraftstoffverbrauch zu optimieren, sollte jede Komponente innerhalb des Systems auf optimalen Wirkungsgrad ausgelegt sein.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung liefert eine effiziente Kühlung und Schmierung rotierender Komponenten in einem Hybridgetriebe. Indem ein Kühlstrom zu und zwischen den rotierenden Elementen effizient gesteuert wird, werden Stromanforderungen und damit verbundene Pumpanforderungen innerhalb der Antriebseinheit minimiert. Indem ein Verfahren geschaffen wird, um das Fluid direkt auf die erforderlichen Komponenten aufzubringen, werden außerdem Durchrutschverluste reduziert, die mit einem Kontakt von Komponenten mit Streuöl (engl. stray oil) verbunden sind. Zusammengefasst schafft die Reduzierung der Pump- und Durchrutschverluste eine effizientere Antriebseinheit und ein insgesamt effizienteres Hybridantriebssystem, was direkt zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führt.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst ein Pumpen von Fluid aus einem Reservoir in eine erste rotierende Welle. Die erste rotierende Welle bildet einen Stromkanal, durch den das Fluid transportiert wird, und ist vorzugsweise durch eine erste Mehrzahl Hülsen abgedichtet. Die erste rotierende Welle weist auch mehrere Durchbrechungen auf, durch die das Fluid gelangen kann. Nach Austritt aus den Durchbrechungen der ersten rotierenden Welle wird das Fluid in einen Zwischenhohlraum zwischen der ersten rotierenden Welle und einer zweiten rotierenden Welle eingeführt. Der Zwischenhohlraum ist ebenfalls vorzugsweise durch eine zweite Mehrzahl Hülsen abgedichtet. Das Fluid im Zwischenhohlraum kann durch eine Durchbrechung in der zweiten rotierenden Welle direkt auf einen Planetenträger einer Planetengetriebeanordnung aufgebracht werden, um den Planetenträger zu kühlen und zu schmieren. Die erste und zweite Mehrzahl Hülsen können gekühlt und geschmiert werden, indem man zulässt, dass eine vorbestimmte Fluidmenge über eine oder mehrere Hülsenkontaktflächen rinnt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das durch die Hülsen geleckte bzw. geronnene Fluid genutzt werden, um ein oder mehrere Axiallager zu kühlen und zu schmieren.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das durch die Hülsen geronnene Fluid genutzt werden, um eine zusätzliche Kühlung und Schmierung des Planetenträgers zu schaffen.

Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das auf den Planetenträger aufgebrachte Fluid durch einen Diverter zurückgeleitet werden, um den Planetenträger optimaler zu kühlen.

Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Fänger genutzt werden, um Streufluid abzufangen und dadurch übermäßige Durchrutschverluste zu vermeiden.

Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung ohne weiteres erkannt, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines elektromechanischen Hybridgetriebes gemäß der Erfindung;
2 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines elektromechanischen Hybridgetriebes;
3 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines vorderen Teils des Getriebes von 1; und
4 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines hinteren Teils des Getriebes von 1.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt 1 die obere Hälfte des Getriebes 10 im Querschnitt. Die untere Hälfte des Getriebes (nicht dargestellt) ist auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelachse 12 angeordnet. Erste und zweite Elektromotormodule 14 bzw. 16 sind um die Mittelachse 12 innerhalb des Getriebes 10 angeordnet. Eine Hauptwelle 20 ist um die Mittelachse 12 drehbar in Längsrichtung angeordnet. Mehrere innere Wellen wie z.B. die Innenwelle 22 sind um die Hauptwelle 20 konzentrisch angeordnet und gleichfalls um die Mittelachse drehbar. Eine Antriebswelle 24 ist vor der Hauptwelle 20 angeordnet und betreibbar, um Kraft von einer (nicht dargestellten) Antriebsmaschine bzw. einem Motor zum Getriebe 10 zu übertragen. Die Hauptwelle 20 und die Antriebswelle 24 sind vorzugsweise hohl, um die Kühlung und Schmierung des Getriebes 10 zu ermöglichen, wie im folgenden im Detail beschrieben wird. Eine Abtriebs welle 25 ist hinter der Hauptwelle 20 angeordnet. Ein Eingriff einer oder mehrerer der Mehrzahl von Kupplungen, die im Getriebe 10 enthalten sind (wobei eine erste, zweite, dritte und vierte Kupplung 26, 28, 30 bzw. 32 dargestellt sind) verbindet einen oder mehrere des ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesatzes 34, 36 bzw. 38, um mit verschiedenen Übersetzungen Kraft zu einem (nicht dargestellten) Abtriebsglied zu übertragen. Wie der Fachmann ohne weiteres versteht, umfasst jeder der Planetengetriebesätze ein Sonnenradglied, ein Glied der Planetenträgeranordnung und ein Ringradglied. Eine fünfte Kupplung, auf die als Aussperr- bzw. Lockout-Kupplung 42 verwiesen wird, ist betreibbar, um einen Torsionsisolator 44 (worauf auch als Dämpferfedern verwiesen wird) von umgebenden baulichen Elementen auszusperren bzw. zu entkoppeln und eine direkte Verbindung zwischen dem Motor und dem Getriebe zu schaffen.
Nach 2 wird ein Fluid 48 zur Getriebeschmierung durch eine in einem vorderen Träger 50 gelegene Pumpe 49 aus einem Fluidreservoir 51 in die Mitte der Hauptwelle 20 und Antriebswelle 24 übertragen, die zusammenwirken, um sich über die gesamte Länge der Antriebseinheit zu erstrecken. Hülsen 52 (die am besten in 3 dargestellt sind) wirken dahingehend, das Fluid 48 zwischen der Antriebswelle 24 und Hauptwelle 20 abzudichten, während sie rotieren und sich in Bezug aufeinander axial bewegen. Eine Hülse 54 (wie am besten in 4 dargestellt ist) wirkt dahingehend, das Fluid 48 zwischen der Hauptwelle 24 und Abtriebswelle 25 abzudichten, während sie rotieren und sich in Bezug aufeinander axial bewegen. Die Hülsen 52, 54 sind auch dafür eingerichtet, einen Druck innerhalb der Hauptwelle 20 aufrechtzuerhalten, um das Schmierfluid 48 optimal aufzubringen.
Um sicherzustellen, dass das Schmierfluid direkt an die erforderlichen Stellen geliefert wird, sind Komponenten, die zum Verbinden verschiedener Elemente der rotierenden Gruppe genutzt werden, in das Schmierschema der vorliegenden Erfindung einbezogen. Genauer gesagt werden mehrere der mit der Hauptwelle 20 konzentrischen Wellen wie z.B. Sonnenradwellen 34S und 36S (dargestellt in 3 und 4) genutzt, um das unter Druck gesetzte Fluid zu transportieren.
Nach 3 definiert eine Lücke zwischen der Sonnenradwelle 34S und der Hauptwelle 20 einen Zwischenhohlraum 56. Wie in 4 dargestellt ist, definiert ähnlich die Lücke zwischen der Sonnenradwelle 36S und der Hauptwelle 20 einen Zwischenhohlraum 58. Die Hauptwelle 20 definiert mehrere Auslassöffnungen 60, 62, die dafür eingerichtet sind, das unter Druck gesetzte Fluid aus der Hauptwelle 20 in die Zwischenhohlräume 56 bzw. 58 abzugeben.
Wieder auf 3 Bezug nehmend sind die Hülse 52 sowie Hülsen 64, 66 dafür eingerichtet, einen Fluiddruck im Hohlraum 56 aufrechtzuerhalten. Die Kühlung und Schmierung der Hülsen 52, 64 und 66 wird geschaffen, indem man eine vorbestimmte Menge des Schmierfluids 58 zwischen die Hülsen 52, 64 und 66 und ihre jeweilige rotierende Welle 20 oder 24 rinnen lässt. Genauer gesagt wird die Hülse 52 gekühlt und geschmiert, indem man eine vorbestimmte Menge des Schmierfluids 48 zwischen die Hülse 52 und die Antriebswelle 24 rinnen lässt. Die Hülsen 64 und 66 werden gekühlt und geschmiert, indem man eine vorbestimmte Menge des Schmierfluids 48 zwischen die Hülsen 64, 66 und die Hauptwelle 20 rinnen lässt. Der Umfang der Hülsenleckage kann gesteuert werden, indem die Passung zwischen einer bestimmten Hülse und der darin eingesetzten rotierenden Welle eingestellt wird und/oder der Druck des Schmierfluids 48 eingestellt wird. Um die Effizienz der Schmierung zu verbessern, wird diese Hülsenleckage zur Schmierung anderer Komponenten dann zurückgeleitet, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
Die Sonnenradwelle 34S definiert eine Durchbrechung 70. Das unter Druck gesetzte Schmierfluid 48 wird aus dem Hohlraum 56 durch die Durchbrechung 70 und auf den Planetenträger 34C verteilt, wie durch einen Fluidstrom repräsentierende Pfeile dargestellt ist, um den Planetenträger 34C zu kühlen und zu schmieren. Die Größe der Durchbrechung 70 wird vorzugsweise auf der Basis der Kühl/Schmierungsanforderung des Planetenträgers 34C in einer speziellen Anwendung ausgewählt. Außerdem kann die Fluidmenge 48, die durch die Durchbrechung 70 geliefert wird, durch Verstellen des Fluiddrucks variiert werden. Der Planetenträger 34C wird ebenfalls durch Schmierfluid 48 gekühlt und geschmiert, das aus den Hülsen 52, 64 rinnt, wie durch die einen Fluidstrom repräsentierenden Pfeile in 3 dargestellt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kühlt und schmiert das aus der Hülse 52 rinnende Schmierfluid 48 zusätzlich ein Axiallager 53, wenn es zum Planetenträger 34C umgeleitet wird. Das aus der Hülse 64 rinnende Schmierfluid 48 kühlt und schmiert ähnlich ein Axiallager 55, während es zum Planetenträger 34C umgeleitet wird.
Nach 4 sind die Hülse 54 sowie eine (in 3 dargestellte) Hülse 72 und Hülse 74 dafür eingerichtet, einen Fluiddruck im Hohlraum 58 in einer Weise ähnlich der aufrechtzuerhalten, die hier oben für den Hohlraum 56 beschrieben wurde. Die Hülsen 54, 72 und 74 werden gekühlt und geschmiert, indem man eine vorbestimmte Menge des Schmierfluids 48 zwischen jede der Hülsen und die Hauptwelle 20 rinnen lässt. Der Umfang der Hülsenleckage kann gesteuert werden, indem die Passung zwischen einer bestimmten Hülse und der darin eingesetzten rotierenden Welle eingestellt wird und/oder der Druck des Schmierfluids 48 verstellt wird. Um die Effizienz der Schmierung zu verbessern, wird dann diese Hülsenleckage für eine Schmierung anderer Komponenten zurückgeleitet, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
Die Sonnenradwelle 36S definiert eine Durchbrechung 76. Unter Druck gesetztes Schmierfluid 48 wird aus dem Hohlraum 58 durch die Durchbrechung 76 und auf den Planetenträger 36C verteilt, wie durch die einen Fluidstrom repräsentierenden Pfeile dargestellt ist, um den Planetenträger 36C zu kühlen und zu schmieren. Die Größe der Durchbrechung 76 wird vorzugsweise auf der Basis der Kühl/Schmieranforderungen des Planetenträgers 36C in der speziellen Anwendung ausgewählt. Außerdem kann die durch die Durchbrechung 76 gelieferte Fluidmenge 48 durch Verstellen des Fluiddrucks variiert werden. Wie in 3 dargestellt ist, wird der Planetenträger 36C durch aus den Hülsen 66, 72 rinnendes Schmierfluid 48 ebenfalls gekühlt und geschmiert, wie durch die einen Fluidstrom repräsentierenden Pfeile dargestellt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kühlt und schmiert das aus der Hülse 66 rinnende Schmierfluid 48 außerdem ein Axiallager 67, während es zum Planetenträger 36C umgeleitet wird. Das aus der Hülse 72 rinnende Schmierfluid kühlt und schmiert ähnlich ein Axiallager 69, während es zum Planetenträger 36C umgeleitet wird.
Wieder auf 4 bezugnehmend definiert die Sonnenradwelle 36S ebenfalls eine Durchbrechung 78. Unter Druck gesetztes Schmierfluid 48 wird aus dem Hohlraum 58 durch die Durchbrechung 78 und auf den Planetenträger 38C verteilt, wie durch die einen Fluidstrom repräsentierenden Pfeile dargestellt ist, um den Planetenträger 38C zu kühlen und zu schmieren. Die Größe der Durchbrechung 78 wird vorzugsweise auf der Basis der Kühl/Schmieranforderungen des Planetenträgers 38C in der speziellen Anwendung ausgewählt. Außerdem kann die durch die Durch brechung 78 abgegebene Menge des Fluids 48 durch Verstellen des Fluiddrucks variiert werden. Der Planetenträger 38C wird durch das aus der Hülse 74 rinnende Schmierfluid 48 ebenfalls gekühlt und geschmiert, wie durch die einen Fluidstrom repräsentierenden Pfeile dargestellt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kühlt und schmiert das aus der Hülse 74 rinnende Schmierfluid 48 außerdem ein Axiallager 75, während es zum Planetenträger 38C umgeleitet wird.
Nach 3 und 4 werden vorzugsweise mehrere Diverter 80 genutzt, um das aus den Wellendurchbrechungen 70 und 76 austretende Fluid auf die richtigen Komponenten zu lenken. Mehrere Fänger 82 sind vorzugsweise eingebaut, um Streufluid zu minimieren, das ansonsten übermäßige Durchrutschverluste bewirken kann.
Obgleich die besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann für die Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Vorrichtung zum Kühlen und Schmieren eines Hybridgetriebes, mit: einem Fluidreservoir; einer ersten rotierenden Welle, die einen Stromkanal darin definiert, wobei die erste rotierende Welle ferner eine erste Mehrzahl Durchbrechungen definiert; einer zweiten rotierenden Welle, die eine zweite Mehrzahl Durchbrechungen definiert, wobei die erste und zweite rotierende Welle dazwischen einen Zwischenhohlraum definieren, der mit der ersten und zweiten Mehrzahl von Durchbrechungen in Fluidverbindung steht; einer Planetengetriebeanordnung mit einem Planetenträger; und einer Pumpe, die dafür eingerichtet ist, Fluid aus dem Reservoir in den Stromkanal der ersten rotierenden Welle, durch die erste Mehrzahl von Durchbrechungen in den Zwischenhohlraum, durch die zweite Mehrzahl von Durchbrechungen und auf den Planetenträger zu transportieren, so dass der Planetenträger gekühlt und geschmiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer ersten Mehrzahl von Hülsen, die dafür eingerichtet ist, den Stromkanal der ersten rotierenden Welle abzudichten, wobei die erste Mehrzahl von Hülsen so gestaltet ist, dass eine vorbestimmte Fluidmenge rinnt, um die Hülsen zu kühlen und zu schmieren.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das durch die erste Mehrzahl von Hülsen geronnene Fluid genutzt wird, um ein erstes Axiallager zu kühlen und zu schmieren, und danach das geronnene Fluid genutzt wird, um den Planetenträger zu kühlen und zu schmieren.
Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit einer zweiten Mehrzahl Hülsen, die dafür eingerichtet sind, den Zwischenhohlraum abzudichten, wobei die zweite Mehrzahl Hülsen so gestaltet ist, dass eine vorbestimmte Fluidmenge rinnt, um die Hülsen zu kühlen und zu schmieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das durch die zweite Mehrzahl Hülsen geronnene Fluid genutzt wird, um ein zweites Axiallager zu kühlen und zu schmieren, und danach das geleckte Fluid genutzt wird, um den Planetenträger zu kühlen und zu schmieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit mehreren Divertern, um das Fluid umzuleiten und dadurch den Planetenträger optimal zu kühlen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit mehreren Fängern, um Streufluid zu fangen und dadurch übermäßige Durchrutschverluste zu vermeiden.
Vorrichtung zum Kühlen und Schmieren eines Hybridgetriebes, mit: einem Fluidreservoir; einer ersten rotierenden Welle, die einen Stromkanal darin definiert, wobei die erste rotierende Welle ferner eine erste Mehrzahl Durchbrechungen definiert; einer ersten Mehrzahl Hülsen, die dafür eingerichtet sind, den Stromkanal der ersten rotierenden Welle abzudichten, wobei die erste Mehrzahl Hülsen so gestaltet ist, dass eine vorbestimmte Fluidmenge rinnt, um die Hülsen zu kühlen und zu schmieren; einer zweiten rotierenden Welle, die eine zweite Mehrzahl Durchbrechungen definiert, wobei die erste und zweite rotierende Welle dazwischen einen Zwischenhohlraum definieren, der mit der ersten und zweiten Mehrzahl von Durchbrechungen in Fluidverbindung steht; einer zweiten Mehrzahl Hülsen, die dafür eingerichtet sind, den Zwischenhohlraum abzudichten, wobei die zweite Mehrzahl Hülsen so gestaltet ist, dass eine vorbestimmte Fluidmenge rinnt, um die Hülsen zu kühlen und zu schmieren; einer Planetengetriebeanordnung mit einem Planetenträger; und einer Pumpe, die dafür eingerichtet ist, Fluid aus dem Reservoir in den Stromkanal der ersten rotierenden Welle, durch die erste Mehrzahl von Durchbrechungen in den Zwischenhohlraum, durch die zweite Mehrzahl von Durchbrechungen und auf den Planetenträger zu transportieren, so dass der Planetenträger gekühlt und geschmiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit mehreren Divertern, um das Fluid zurückzuleiten und dadurch den Planetenträger optimal zu kühlen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit mehreren Fängern, um Streufluid abzufangen und dadurch übermäßige Durchrutschverluste zu vermeiden.
Verfahren zum Kühlen und Schmieren eines Hybridgetriebes, mit den Schritten: Vorsehen einer ersten rotierenden Welle, die darin einen Stromkanal definiert, wobei die erste rotierende Welle ferner mehrere Durchbrechungen definiert; Abdichten des Stromkanals innerhalb der ersten rotierenden Welle; Transportieren von Fluid aus einem Reservoir in die erste rotierende Welle; Ausbilden eines Zwischenhohlraums zwischen der ersten rotierenden Welle und einer zweiten rotierenden Welle, wobei der Zwischenhohlraum mit den Durchbrechungen in Fluidverbindung steht; Abdichten des Zwischenhohlraums; Abgeben des Fluids aus den mehreren Durchbrechungen in den Zwischenhohlraum; und Aufbringen des Fluids aus dem Zwischenhohlraum durch die zweite rotierende Welle auf einen Planetenträger eines Planetengetriebesatzes, um den Planetenträger zu kühlen und zu schmieren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Abdichten des Zwischenhohlraums ein Nutzen mehrerer Hülsen einschließt, die dafür angepaßt sind, den Zwischenhohlraum abzudichten.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner mit einem Kühlen und Schmieren der Hülsen, indem man eine vorbestimmte Fluidmenge über eine Oberfläche der Hülsen rinnen lässt.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit einem Leiten des geronnenen Fluids auf den Planetenträger zur Kühlung und Schmierung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Aufbringen des Fluids aus dem Zwischenhohlraum ein Umleiten des Fluids umfasst, um den Planetenträger optimal zu kühlen.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit einem Abfangen von Streufluid, um übermäßige Durchrutschverluste zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Transportieren von Fluid aus einem Reservoir ein Pumpen des Fluids bei einen vorbestimmten Druck einschließt, so dass die Rate, mit der Fluid auf den Planetenträger aufgebracht wird, variiert werden kann.