DE102007001895A1 - Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Antrieb (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2), einem Elektromotor (3), einem Getriebe (4) und einer mit einer Getriebeausgangsseite verbundenen, antreibbaren Achse (5). Zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und dem Elektromotor (3) ist dabei eine Kupplung (6) angeordnet, wobei das Getriebe (4) eingangsseitig direkt mit dem Elektromotor (3) und ausgangsseitig direkt mit der antreibbaren Achse (5) verbunden ist. Um ein Wiederstarten des Verbrennungsmotors (2) zu ermöglichen, ist das Getriebe (4) in einen Schlupfzustand schaltbar, in welchem es ein definiertes, regelbares Drehmoment von der Getriebeeingangsseite auf die Getriebeausgangsseite überträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungs- und einem Elektromotor. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem derartigen Hybrid-Antrieb ausgestattetes Kraftfahrzeug.
  • Hybrid-Antriebe sind aufgrund stetig steigender Energie- und Treibstoffkosten sowie zunehmend schärferer Umweltauflagen eine Antriebsform, welche sich wachsender Beliebtheit erfreut. Dabei ermöglicht es ein Hybrid-Antrieb, einen Verbrennungsmotor unter wesentlich günstigeren Bedingungen zu betreiben, da ein Elektromotor die für den Verbrennungsmotor ungünstigen Drehzahlbereiche abdecken kann. Insbesondere liefert ein Verbrennungsmotor erst in einem höheren Drehzahlbereich auch ein hohes Drehmoment, welches ein Elektromotor schon beim Anfahren, also bei geringen Drehzahlen, zur Verfügung stellen kann. Bei höherer Drehzahl hingegen lässt der Elektromotor im Drehmoment nach. Durch Kombination der beiden Motoren kann ein Fahrzeug schneller beschleunigen (elektrisches Boosten).
  • Ein Fahrzeug mit voller Hybrid-Funktion ermöglicht dabei ein elektrisches Fahren bei gleichzeitig abgeschaltetem Verbrennungsmotor, wobei hierzu beim Parallel-Hybrid-Antrieb üblicherweise eine Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor angeordnet ist. Im Kraftfluss dahinter ist ein Getriebe vorgesehen, welches beispielsweise als Planeten-, als Schalt- oder als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet sein kann. Ein derartiges Getriebe ist üblicherweise aus dem entsprechenden, nicht hybridisierten Triebstrang übernommen und weist eingangsseitig und damit zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe einen Wandler, eine Trockenkupplung oder eine Doppelkupplung auf. Ein zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe angeordneter Wandler vergrößert jedoch die Baulänge des Antriebsstranges und sorgt darüber hinaus für ein höheres Gewicht, was sich negativ auf eine Energiebilanz des Kraftfahrzeuges auswirkt.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Hybrid-Antrieb eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere kompakt baut und dadurch einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den üblicherweise in einem Hybrid-Antriebsstrang vorgesehenen Wandler zwischen einem Elektromotor und einem Getriebe entfallen zu lassen und statt dessen im Getriebe ein Anfahrelement vorzusehen, mit Hilfe welchem das Getriebe in einen Schlupfzustand schaltbar ist, in welchem es ein definiertes, insbesondere ein reduziertes oder kein Drehmoment von einer Getriebeeingangsseite auf eine Getriebeausgangsseite überträgt. Bei dem Anfahrelement handelt es sich vorzugsweise um ein ohnehin im Getriebe vorhandenes Bauteil. Der erfindungsgemäße Hybrid-Antrieb umfasst dabei einen Verbrennungsmotor, eine (Trenn-)Kupplung, einen Elektromotor, ein Getriebe und eine, mit der Getriebeausgangsseite verbundene, antreibbare Achse. Zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor ist die Kupplung angeordnet. Abtriebsseitig des Elektromotors ist das Getriebe vorgesehen, welches eingangsseitig direkt mit dem Elektromotor und ausgangsseitig direkt mit der antreibbaren Achse verbunden ist. Durch die Möglichkeit, das Getriebe mittels des Anfahrelementes in einen Schlupfzustand zu schalten, ist eine einfache Möglichkeit gegeben, den Abtrieb insbesondere während einer Wiederstartphase des Verbrennungsmotors zu entkoppeln, ohne dass hierfür eine Wandler-Überbrückungskupplung in Schlupf gebracht werden müsste. Es ist somit der Einsatz eines wandlerfreien Getriebes möglich. Dabei wird die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor lediglich für jene Anfahrvorgänge benutzt, welche nicht elektrisch über den Elektromotor bzw. über einen Schlupf des getriebeinternen Anfahrelementes erfolgen. Rein technisch gesehen funktioniert dabei die erfindungsgemäße Lösung wie bei der Verwendung eines Wandlers mit Überbrückungskupplung, wobei jedoch der Wandler und die Überbrückungskupplung entfallen können. Hierdurch wird eine besonders einfache, kompakte und kostengünstige Alternative geschaffen, wodurch der Hybrid-Antrieb ökonomischer gebaut werden kann.
  • Zweckmäßig ist eine Getriebesteuerung so ausgestaltet, dass ein (Wieder-)Starten des Verbrennungsmotors über den Elektromotor bei schlupfender Kupplung und im Schlupfzustand des Getriebes erfolgt. Der Elektromotor treibt somit über die schlupfende Kupplung den Verbrennungsmotor an und startet diesen, während der Schlupf im Getriebe eine Drehmomentenübertragung von dem Elektromotor auf das Getriebe bzw. von dem Getriebe auf die angetriebene Achse mit definiertem, insbesondere regelbarem Abtriebsmoment ermöglicht. Dies ermöglicht ein besonders ruckfreies Wiederstarten des Verbrennungsmotors, wodurch der Fahrkomfort erhöht wird.
  • Zweckmäßig bewirkt das Anfahrelement beim Betätigen eine Abkopplung der angetriebenen Achse. Ein derartiges Anfahrelement baut im Vergleich zu einem Wandler wesentlich kleiner und ist darüber hinaus kostengünstiger herzustellen. Darüber hinaus handelt es sich bei dem Anfahrelement um ein ohnehin im Getriebe vorhandenes Bauteil.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsstranges.
  • Entsprechend 1 weist ein erfindungsgemäßer Hybrid-Antrieb 1 für ein im Übrigen nicht dargestelltes Kraftfahrzeug, einen Verbrennungsmotor 2, einen Elektromotor 3, sowie ein Getriebe 4 und eine mit einer Getriebeausgangsseite verbundene, antreibbare Achse 5 auf. Die antreibbare Achse 5 kann dabei wahlweise eine Vorder- oder eine Hinterachse des Kraftfahrzeuges sein. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 ist eine Kupplung 6, insbesondere eine Trennkupplung, angeordnet, welche in geschlossenem Zustand den Verbrennungsmotor 2 mit dem Elektromotor 3 antriebsverbindet und in geöffnetem Zustand einen abtriebsseitig des Verbrennungsmotors 2 liegenden Teil des Antriebsstranges vom Verbrennungsmotor 2 entkoppelt. Das Getriebe 4 ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet und eingangsseitig direkt mit dem Elektromotor 3 und ausgangsseitig direkt mit der antreibbaren Achse 5 verbunden. Eine vom Getriebe 4 ausgehende Abtriebswelle 7 führt dabei direkt von der Getriebeausgangsseite zu einer Eingangsseite eines Differentials 8, welches eine Drehbewegung der Abtriebswelle 7 in eine die Achse 5 antreibende Drehbewegung umwandelt.
  • Wie der 1 zu entnehmen ist, sind der Elektromotor 3 und das Getriebe 4 direkt miteinander verbunden, d. h. es ist kein wie sonst üblicherweise zwischen dem Elektromotor 3 und dem Getriebe 4 vorgesehener Wandler bzw. eine Überbrückungskupplung vorgesehen und daher der Einsatz eines wandlerfreien Getriebes möglich. Um dennoch ein ruckfreies (Wieder-)Starten des Verbrennungsmotors 2 zu ermöglichen, ist das Getriebe 4 über ein Anfahrelement in einen Schlupfzustand schaltbar, in welchem es ein definiertes, regelbares Drehmoment von der Getriebeeingangsseite auf die Getriebeausgangsseite überträgt.
  • Der Wegfall des bisher verwendeten Wandlers erlaubt eine deutliche Reduzierung des Gewichtes des Hybrid-Antriebs 1 sowie auch eine Bauraumminimierung desselben. Durch den Wegfall des Wandlers verringert sich zudem ein Trägheitsmoment des Hybrid-Antriebes 1, was für einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad sorgt.
  • Bei dem Hybrid-Antrieb 1, handelt es sich vorzugsweise um einen sog. Full-Hybrid-Antrieb, bei welchem neben einem rein verbrennungsmotorischen Antrieb auch ein rein elektrisches Fahren möglich ist. Beim rein elektrischen Fahren ist der Verbrennungsmotor 2 abgeschaltet und wird lediglich bei einer erhöhten Leistung bzw. bei einem Erreichen eines unteren Grenzwertes der Leistungsfähigkeit einer Batterie, ab welchem das rein elektrische Fahren nicht mehr möglich ist, zugeschaltet. Das Zuschalten bzw. das Wiederstarten des Verbrennungsmotors 2 erfolgt dabei über ein Schließen der Kupplung 6 zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 und dem Schalten des Getriebes 4 in dessen Schlupfzustand, so dass der Elektromotor 3 den Verbrennungsmotor 2 anschleppen kann. Der Schlupfzustand im Getriebe 4 wird dabei von dem zumindest einen aktiven Anfahrelement bewirkt, welches beim Betätigen eine Abkopplung der angetriebenen Achse 5, hier also eine Abkopplung der Abtriebswelle 7 bewirkt. Als Anfahrelemente können beispielsweise eine Kupplung oder eine Bremse in Frage kommen.
  • Der erfindungsgemäße Hybrid-Antrieb 1 kann dabei als Parallel-Hybrid-Antrieb ausgebildet sein, so dass der Verbrennungsmotor 2 und der Elektromotor 3 nicht nur alternativ, sondern auch kumulativ Drehmoment in das Getriebe 4 einleiten können. Dies ist insbesondere in einem sog. Boost-Betriebszustand von großem Vorteil, in welchem ein hohes Drehmoment gefordert wird.
  • Beim reinen verbrennungsmotorischen Antriebszustand ist der Elektromotor 3 abgeschaltet und wird vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben, wobei der Elektromotor 3 in diesem Zustand als Generator wirken kann und zum Laden einer Energiespeichereinrichtung, z. B. einer Fahrzeugbatterie, genutzt werden kann.
  • Prinzipiell erfolgt das Anfahren eines, mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebes 1 ausgestatteten Kraftfahrzeuges üblicherweise bei geöffneter Kupplung 6 ausschließlich mit Hilfe des Elektromotors 3. Sollte ein elektrisches Anfahren nicht möglich sein, z. B. wegen unzureichender Batterieleistung, so kann das Getriebe 4 mittels des Anfahrelementes in einen Schlupfzustand geschaltet und der Verbrennungsmotor 3 über die geschlossene Kupplung 6 gestartet werden. Der Verbrennungsmotor 2 wird somit unter Zuhilfenahme des Elektromotors 3 angeschleppt. Denkbar ist auch ein Anfahren ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor 2, wobei dann wahlweise über die schlupfende Kupplung 6 oder das interne Anfahrelement oder über beide angefahren werden kann.
  • Durch den erfindungsgemäßen Hybrid-Antrieb 1 lässt sich somit der üblicherweise erforderliche Wandler einsparen, wodurch zum einen eine kostenintensive Komponente wegfällt und zum anderen der Bauraumbedarf für den Wandler eingespart werden kann. Zudem kann im erfindungsgemäßen Hybrid-Antrieb 1 ein wandlerfreies Seriengetriebe 4 zum Einsatz gelangen, wodurch der Einsatz von kostengünstigen Serienbauteilen ermöglicht wird. Ein Wiederstarten des Verbrennungsmotors 2 kann dabei über eine nicht näher bezeichnete Getriebesteuerung erfolgen, welche zum Wiederstarten des Verbrennungsmotors 2 dessen Zündung einschaltet, die Kupplung 6 schließt und das Getriebe 4 in dessen Schlupfzustand schaltet.

Claims (8)

  1. Hybrid-Antrieb (1) für ein Kraftfahrzeug, – mit einem Verbrennungsmotor (2), einem Elektromotor (3), einem Getriebe (4) und einer, mit einer Getriebeausgangsseite verbundenen, antreibbaren Achse (5), – wobei zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und dem Elektromotor (3) eine Kupplung (6) angeordnet ist, – wobei das Getriebe (4) eingangseitig direkt mit dem Elektromotor (3) und ausgangsseitig direkt mit der antreibbaren Achse (5) verbunden ist, – wobei das Getriebe (4) ein Anfahrelement aufweist, über welches es in einen Schlupfzustand schaltbar ist, in dem es ein reduziertes oder kein Drehmoment von der Getriebeeingangsseite auf die Getriebeausgangsseite überträgt.
  2. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
  3. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebesteuerung so ausgestaltet ist, dass ein (Wieder-)Starten des Verbrennungsmotors (2) über den Elektromotor (3) und ein Schließen der Kupplung (6) und im Schlupfzustand des Getriebes (4) erfolgt.
  4. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement beim Betätigen eine Abkopplung der angetriebenen Achse (5) bewirkt.
  5. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement als Kupplung oder als Bremse ausgebildet ist.
  6. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybrid-Antrieb (1) als Parallel-Hybridantrieb ausgebildet ist, so dass der Verbrennungsmotor (2) und der Elektromotor (3) nicht nur alternativ, sondern auch kumulativ Drehmoment in das Getriebe (4) einleiten können.
  7. Hybrid-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) im abgeschalteten Zustand vom Verbrennungsmotor (2) antreibbar ist und als Generator zum Laden einer Energiespeichereinrichtung genutzt werden kann.
  8. Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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