DE102005024359B4 - Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend einen Antriebsstrang mit – einer Brennkraftmaschine (2) zur Erzeugung eines Antriebsmoments, – einer ersten, koaxial um eine Antriebswelle (12) herum angeordneten elektrischen Maschine (6), die mit dem einen Ende ihrer Rotorwelle mit der Brennkraftmaschine (2), über eine Kupplung (14) und die Antriebswelle (12) in Reihe geschaltet ist, und die mit dem anderen Ende ihrer Rotorwelle mit einer Automatikgetriebeeinheit (8) verbunden ist, – und mit einer zweiten, mit ihrer Rotorwelle parallel zu der Antriebswelle (12) wirkenden elektrischen Maschine (10), die über eine Kopplungseinrichtung (16) mit der Antriebswelle (12) wirkverbunden oder wirkverbindbar ist derart, dass die Brennkraftmaschine (2) mittels der zweiten elektrischen Maschine (10) zum Zwecke eines Startvorgangs angetrieben werden kann, wobei die Automatikgetriebeeinheit (8) und die erste elektrische Maschine (6) in einem gemeinsamen Gehäuse (G) angeordnet zu einer Antriebs-Getriebeeinheit (4) integriert sind, in welche auch die Kupplung (14) integriert ist, und wobei die Antriebs-Getriebeeinheit (4) keinen Drehmomentwandler aufweist und die erste elektrische Maschine (6) in den Bauraum des entfallenen Drehmomentwandlers integriert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
  • Aus der DE 101 60 466 C1 ist bereits eine Kraftfahrzeugantriebseinrichtung (bzw. Hybridantriebseinrichtung) bekannt, bei der ein zu erzeugendes Antriebsmoment sowohl durch einen beispielsweise als Brennkraftmaschine ausgebildeten Fahrantriebsmotor als auch durch eine elektrische Maschine erzeugbar ist. Hierbei sind in einem gemeinsamen Gehäuseteil drei verschiedene elektrische Maschinen integriert, die alle koaxial um eine Antriebswelle liegend angeordnet sind. Dabei ist eine erste elektrische Maschine für den Antrieb einer Ölpumpe vorgesehen, während eine zweite elektrische Maschine für den Antrieb des Fahrzeugs und eine dritte elektrische Maschine für den Start der Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Die erste elektrische Maschine zum Antrieb der Ölpumpe ist über eine spezielle Freilaufeinrichtung mit der Antriebswelle der Antriebseinrichtung gekoppelt derart, dass die Ölpumpe entweder durch die zugehörige elektrische Maschine oder über die Antriebswelle mittels einer anderen elektrischen Maschine oder mittels der Brennkraftmaschine antreibbar ist. Durch die Anordnung der drei elektrischen Maschinen mit einem nachgeordneten in Serie angeordneten Getriebe ist eine gegenüber herkömmlichen Anordnungen erheblich verlängerte Antriebsstranganordnung geschaffen.
  • In der Druckschrift DE 198 14 402 C2 wird ein Verbrennungsmotor durch eine dem Verbrennungsmotor über eine Kupplung nachgeschaltete elektrische Maschine gestartet, die als Antriebsmotor des Fahrzeugs dienen kann. Zum Starten des Verbrennungsmotors wird die Kupplung geöffnet, so dass nach Öffnen der Kupplung der Antrieb kein Moment abgibt. Bei geöffneter Kupplung wird dann die Kupplung geschlossen, so dass die elektrische Maschine den Verbrennungsmotor auf eine Sychrondrehzahl dreht. Erst dann wird die Kupplung wieder geschlossen.
  • In der Druckschrift DE 199 17 665 A1 weist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug in einem Antriebsstrang zwischen einem Verbrennungsmotor und einem mehrgängigen Fahrzeuggetriebe eine erste elektrische Maschine und eine mit einer Getriebeeingangswelle permanent verbundene zweite elektrische Maschine auf. Zwischen den elektrischen Maschinen, welche jeweils als Motor und als Generator betreibbar sind, und dem Verbrennungsmotor ist jeweils eine schaltbare Kupplung angeordnet.
  • Die Druckschrift 199 41 705 A1 betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend eine Antriebseinheit mit einer Antriebswelle, eine Abtriebseinheit sowie eine in Wirkverbindung mit diesen stehende elektrische Maschine.
  • Die Druckschrift EP 1 316 727 B1 beschreibt ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Ferner ist eine weitere elektrische Maschine zum Start des Verbrennungsmotors vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hybridantriebseinrichtung zu schaffen, die im Hinblick auf Bauraumausnutzung im Fahrzeug verbessert ist. Ferner soll mit der zu schaffenden Hybrideinrichtung ein stets ruckfreier Übergang von einem rein elektrischen Betrieb in einen Misch- oder einen Brennkraftmaschinenbetrieb gewährleistet werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Hybridantriebseinrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug geschaffen, umfassend einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und mit einer ersten, koaxial um eine Antriebswelle herum angeordneten elektrischen Maschine, die mit dem einen Ende ihrer Rotorwelle mit der Brennkraftmaschine über eine Kupplung und die Antriebswelle in Reihe geschaltet ist, und die mit dem anderen Ende ihrer Rotorwelle mit einer Automatikgetriebeeinheit verbunden ist. Ferner ist gemäß der Erfindung eine zweite elektrische Maschine vorgesehen, die mit ihrer Rotorwelle parallel zu der Antriebswelle des Antriebsstrangs wirkend angeordnet ist, und die über eine Kopplungseinrichtung mit der Antriebswelle wirkverbunden oder wirkverbindbar ist, derart, dass die Brennkraftmaschine mittels der zweiten elektrischen Maschine zum Zwecke eines Startvorgangs angetrieben werden kann. Hierbei sind die Automatikgetriebeeinheit und die erste elektrische Maschine in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet zu einer Antriebs-Getriebeeinheit integriert, in welche auch die Kupplung integriert ist. Die Antriebs-Getriebeeinheit weist keinen Drehmomentwandler auf und die erste elektrische Maschine ist in den Bauraum des entfallenen Drehmomentwandler integriert. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch die erste elektrische Maschine dienen zur Erzeugung eines Antriebsmoments um ein Kraftfahrzeug entweder rein elektrisch oder rein brennkraftmaschinenmotorisch oder in einem Mischbetrieb anzutreiben.
  • Insbesondere durch die örtliche Platzierung der für den Startvorgang der Brennkraftmaschine vorgesehenen elektrischen Maschine (zweite elektrische Maschine), parallel mit ihrer Rotorwelle zur Antriebswelle des Antriebsstrangs, wird wertvoller Bauraum in der (Länge der) Antriebs-Getriebeeinheit und damit im Motorraum des Kraftfahrzeugs eingespart. Die für den Startvorgang vorgesehene zweite elektrische Maschine, im Folgenden Startermaschine genannt, ersetzt den konventionellen Bordnetzgenerator als auch einen separaten Startermotor. Die Startermaschine ist daher sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar ausgebildet und im Motorraum vorzugsweise an der Stelle des herkömmlichen Bordnetzgenerators platziert.
  • Durch die erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung kann die Antriebs-Getriebeeinheit erheblich kürzer gebaut und somit, insbesondere bei längs in Fahrtrichtung eingebauten Reihenmotoren, wertvoller Bauraum in der Länge eingespart werden.
  • Die für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs vorgesehene erste elektrische Maschine, im Folgenden Traktionsmaschine genannt, wird in das Getriebegehäuse (Gehäuse der Antriebs-Getriebeeinheit) integriert. Die Traktionsmaschine wird kompakt in den Bauraum eines entfallenden Wandlers eines Automatikgetriebes integriert. Ein derart elektrifiziertes Getriebe kann so im Bauraum eines konventionellen Automatikgetriebes untergebracht werden. Durch die Integration eines derart elektrifizierten Getriebes wird ein kompatibler Ersatz für ein konventionelles Automatikgetriebe geschaffen, ohne dass negative Auswirkungen auf die Platzverhältnisse (Packagesituation) im Motorraum bzw. im ggf. vorhandenen Kardantunnel im Bereich der Getriebeglocke auftreten können.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Startermaschine über eine als Riemenantrieb ausgebildete Kopplungseinrichtung mit der Antriebswelle der Antriebseinheit bzw. mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden. Anstelle eines Riemenantriebs ist auch eine Verbindung wie eine Kettenantrieb oder eine Verbindung über eine Getriebeeinheit oder andere Kraftübertragungseinrichtungen denkbar. Insbesondere ist die Startermaschine auf der der Antriebs-Getriebeeinheit abgekehrten Seite mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden bzw. mit dieser verbindbar. Ferner ist denkbar, die Startermaschine auch zum Antrieb von Nebenaggregaten vorzusehen. Hierfür sollte die Startermaschine über einen zusätzlichen Freilauf oder eine zusätzliche Kupplung mit der Brennkraftmaschine koppelbar sein.
  • Ferner ist mindestens eine an die Antriebswelle der Hybridantriebseinrichtung koppelbare Nebenaggregateeinheit vorgesehen. Diese umfasst ein Nebenaggregat und eine dieses Nebenaggregat antreibende elektrische Maschine und ist über eine Kopplungseinrichtung in Form einer Kupplung mit der Antriebswelle koppelbar derart, dass die Nebenaggregateeinheit wahlweise über die Antriebswelle oder über die hierfür vorgesehene elektrische Maschine antreibbar ist. Alternativ ist das Nebenaggregat über einen Freilauf mit der Antriebswelle verbindbar. Vorzugsweise wird das Nebenaggregat ausschließlich dann über die Antriebswelle angetrieben, wenn ein Antriebsmoment über die Brennkraftmaschine erzeugt wird.
  • Weiterhin ist eine Steuereinrichtung vorhanden, die Bestandteil einer elektronischen Motorsteuerung und/oder einer elektronischen Getriebesteuerung sein kann. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass für den Fall, dass ausgehend von einem rein elektrischen Fahrbetrieb, bei dem aufgrund der geöffneten Kupplung das Antriebsmoment ausschließlich durch die erste Traktionsmaschine erzeugt wird, auf Mischbetrieb oder reinen Brennkraftmaschinenbetrieb umgeschaltet werden soll, dazu die Brennkraftmaschine durch die Startermaschine gestartet wird, anschließend auf eine Synchrondrehzahl beschleunigt und die Kupplung ruckfrei geschlossen wird.
  • Hierdurch wird eine Redundanz für den Motorstart erreicht, indem dieser sowohl über die Startermaschine als auch über die Traktionsmaschine gestartet werden kann. Für den Fall, dass die Brennkraftmaschine über die Traktionsmaschine gestartet werden soll, ist eine höchst genaue Ansteuerung der Traktionsmaschine und der Kupplung erforderlich, da genau in dem Moment, in dem durch die Traktionsmaschine ein erhöhtes Drehmoment zum Start der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden muss, die Kupplung geschlossen werden muss um eben dieses zusätzliche Drehmoment durch die Einkopplung der zu startenden Brennkraftmaschine zu „eliminieren” bzw. für den Fahrer unmerklich in Startenergie umzusetzen. Hierbei ist zu befürchten, dass dieser Vorgang über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs gesehen nicht derart erfolgen kann, dass stets ein ruckfreier Übergang beim Zuschalten bzw. Umschalten auf die Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Der Start der Brennkraftmaschine erfolgt daher, falls möglich, stets durch die hierfür vorgesehene Startermaschine.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, im Folgenden Hybridantriebsstrang genannt, gemäß der Erfindung in einer möglichen Ausführungsform. Der erfindungsgemäße Hybridantriebsstrang umfasst eine Brennkraftmaschine 2, eine Antriebs-Getriebeeinheit 4 mit einer ersten elektrischen Maschine 6 und einer Getriebeeinheit 8 sowie eine zweite elektrische Maschine 10 zum Start der Brennkraftmaschine 2. Die Brennkraftmaschine 2 ist über eine Antriebswelle 12 und eine Trennkupplung 14 mit der ersten elektrischen Maschine 6 (im Folgenden Traktionsmaschine genannt) gekoppelt. Erfindungsgemäß sind sowohl die Traktionsmaschine 6 als auch die Getriebeeinheit 8 in ein gemeinsames Gehäuse G der Antriebs-Getriebeeinheit 4 integriert. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist zusätzlich die Trennkupplung 14 in das gemeinsame Gehäuse G integriert. Die Traktionsmaschine 6 ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar ist. Am Getriebeausgang wirkt die Antriebsgetriebeeinheit 4 zur Übertragung des Antriebsmoments über eine Getriebeabtriebswelle AW, ein Differentialgetriebe D und Antriebswellen W auf zwei Antriebsräder R.
  • Gemäß der Erfindung ist die zweite elektrische Maschine 10, im Folgenden Startermaschine genannt, als separate Maschine ausgebildet. Die Startermaschine 10 ist vorzugsweise motorisch und generatorisch arbeitend ausgebildet und an dem für den herkömmlichen Bordnetzgenerator vorgesehenen Bauraum angeordnet (platziert) und ersetzt diesen. Um weiteren Bauraum einzusparen wird die Startermaschine 10 über eine vorzugsweise als Riemenantrieb ausgebildete Kopplungseinrichtung 16 mit der Brennkraftmaschine 2 gekoppelt. Eine Kopplung über ein Zwischengetriebe oder anderweitige Kopplungsmittel ist ebenfalls denkbar. Insbesondere erfolgt die Kopplung auf der der Antriebs-Getriebeeinheit 4 abgekehrten Seite A der Brennkraftmaschine 2.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Startermaschine 10 trennbar von der Brennkraftmaschine 2 ausgebildet sein. Hierfür kann die Startermaschine 10 über eine Kupplungseinheit oder einen Freilauf mit der Brennkraftmaschine 2 gekoppelt werden. Hierdurch kann die Startermaschine 10 neben dem Startvorgang für die Brennkraftmaschine 2 auch zum Antrieb von Nebenaggregaten wie Klimakompressor oder Schmiermittelpumpen oder dergleichen verwendet werden.
  • In einer anderen Weiterbildung ist eine mit der Antriebswelle 12 der Hybridantriebseinrichtung koppelbare Nebenaggregateeinheit 18 vorgesehen. Diese Nebenaggregateeinheit 18 umfasst ein Nebenaggregat NA sowie eine dieses Nebenaggregat NA antreibende elektrische Maschine EM. Auch diese Nebenaggregateeinheit NA ist über einen separaten steuerbaren Freilauf oder eine zusätzliche steuerbare Kupplung an die Antriebswelle 12 koppelbar, insbesondere derart, dass das Nebenaggregat NA der Nebenaggregateeinheit 18 im rein elektrischen Betrieb der Hybridantriebseinrichtung über die separat diesem Nebenaggregat NA zugeordnete elektrische Maschine EM angetrieben wird und im reinen Brennkraftmaschinenbetrieb durch Einkopplung auf die Antriebswelle 12 von der Brennkraftmaschine 2 angetrieben wird. Die elektrische Maschine zum Antrieb des Nebenaggregats wird dann automatisch abgeschaltet.

Claims (7)

  1. Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend einen Antriebsstrang mit – einer Brennkraftmaschine (2) zur Erzeugung eines Antriebsmoments, – einer ersten, koaxial um eine Antriebswelle (12) herum angeordneten elektrischen Maschine (6), die mit dem einen Ende ihrer Rotorwelle mit der Brennkraftmaschine (2), über eine Kupplung (14) und die Antriebswelle (12) in Reihe geschaltet ist, und die mit dem anderen Ende ihrer Rotorwelle mit einer Automatikgetriebeeinheit (8) verbunden ist, – und mit einer zweiten, mit ihrer Rotorwelle parallel zu der Antriebswelle (12) wirkenden elektrischen Maschine (10), die über eine Kopplungseinrichtung (16) mit der Antriebswelle (12) wirkverbunden oder wirkverbindbar ist derart, dass die Brennkraftmaschine (2) mittels der zweiten elektrischen Maschine (10) zum Zwecke eines Startvorgangs angetrieben werden kann, wobei die Automatikgetriebeeinheit (8) und die erste elektrische Maschine (6) in einem gemeinsamen Gehäuse (G) angeordnet zu einer Antriebs-Getriebeeinheit (4) integriert sind, in welche auch die Kupplung (14) integriert ist, und wobei die Antriebs-Getriebeeinheit (4) keinen Drehmomentwandler aufweist und die erste elektrische Maschine (6) in den Bauraum des entfallenen Drehmomentwandlers integriert ist.
  2. Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (16) als Riemenantrieb ausgebildet ist.
  3. Hybridantriebseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zweiter elektrischer Maschine (10) und Brennkraftmaschine (2) eine Trennkupplung oder ein Freilauf angeordnet ist derart, dass die zweite elektrische Maschine (10) von der Antriebswelle (12) antriebswirkungsmäßig entkoppelbar ist.
  4. Hybridantriebseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (10) auf der der Antriebs-Getriebeeinheit (4) abgekehrten Seite (A) der Brennkraftmaschine (2) mit der Antriebswelle (12) gekoppelt ist.
  5. Hybridantriebseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Nebenaggregateeinheit (18) mit mindestens einem anzutreibenden Nebenaggregat (NA) und einer dritten elektrischen Maschine (EM) zum Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats (NA), wobei das mindestens eine Nebenaggregat (NA) über eine Kupplung mit der Antriebswelle (12) verbindbar und wahlweise über diese antreibbar ist oder über einen Freilauf mit der Antriebswelle (12) verbindbar und über diese antreibbar ist.
  6. Hybridantriebseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (20) die derart ausgebildet ist, dass für den Fall, dass ausgehend von einem rein elektrischen Fahrbetrieb, bei dem aufgrund der geöffneten Kupplung (14) das Antriebsmoment ausschließlich durch die erste elektrische Maschine (6) erzeugt wird, auf Mischbetrieb oder reinen Brennkraftmaschinenbetrieb umgeschaltet werden soll, die Brennkraftmaschine (2) durch die zweite elektrische Maschine (10) gestartet, anschließend auf eine Synchrondrehzahl beschleunigt und die Kupplung (14) ruckfrei geschlossen wird.
  7. Hybridantriebseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (2) auch über die erste elektrische Maschine (6) startbar ist und die Hybridantriebseinrichtung eingerichtet ist, dass ausgehend von einem rein elektrischen Fahrbetrieb, bei dem aufgrund der geöffneten Kupplung (14) das Antriebsmoment ausschließlich durch die erste elektrische Maschine (6) erzeugt wird, die Brennkraftmaschine (2) über die erste elektrische Maschine (6) gestartet wird, indem ausgehend von einem unmittelbar vor Starten der Brennkraftmaschine (2) seitens der ersten elektrischen Maschine (6) bereitgestellten Antriebsmoments das seitens der ersten elektrischen Maschine (6) bereitgestellte Drehmoment zum Starten der Brennkraftmaschine (2) erhöht wird und genau in dem Moment, in dem das erhöhte Drehmoment seitens der ersten elektrischen Maschine (6) bereitgestellt wird, die Kupplung (14) geschlossen wird.
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