DE102009013945A1 - Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug umfassend einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein Getriebe, wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und die Antriebswelle der Elektromaschine drehfest mit derselben Getriebeeingangswelle verbindbar sind, indem zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eine Trennkupplung angeordnet ist, womit wahlweise von Verbrennungsmotor und/oder Elektromaschine Moment in das Getriebe einleitbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle der Elektromaschine (4) nicht-koaxial zur Getriebeeingangswelle (2) angeordnet ist, wobei Treibmittel (6, 7, 8) vorgesehen sind zur Kopplung zwischen Antriebswelle und Getriebeeingangswelle.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Als Hybridfahrzeuge werden Kraftfahrzeuge bezeichnet, die über wenigstens zwei verschiedene Antriebsmöglichkeiten verfügen, insbesondere über einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor. Derartige Hybridfahrzeuge sind in verschiedenen Ausprägungen bekannt, beispielsweise als serieller Hybrid, als paralleler Hybrid oder als leistungsverzweigter Hybrid.
  • Aus der gattungsbildenden DE 10 2006 034 937 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug in der vorliegenden Ausprägung als Einwellen-Parallel-Hybrid bekannt. Ein derartiger Einwellen-Parallel-Hybrid umfasst einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine, die auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und mit einem Getriebe des Hybridfahrzeuges verbindbar sind um das Hybridfahrzeug anzutreiben. Die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, die Antriebswelle der Elektromaschine und die Getriebeeingangswelle (bzw. eine Eingangswelle eines Doppelkupplungsgetriebes) sind damit als eine einzige, gemeinsame Welle ausgeführt. Zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine ist eine Trennkupplung auf der gemeinsamen Welle vorgesehen. Wenn diese Trennkupplung geschlossen ist, sind sowohl der Verbrennungsmotor als auch die Elektromaschine mit derselben Getriebeeingangswelle drehfest verbunden. Somit können sowohl der Verbrennungsmotor als auch die Elektromaschine Leistung in das Getriebe einleiten, zum Antrieb des Hybridfahrzeuges. Alternativ kann die Elektromaschine als Generator betrieben werden, womit der Verbrennungsmotor sowohl das Hybridfahrzeug antreibt als auch durch die Rotation der Elektromaschine Strom erzeugt. Dieser Strom kann dann in einem Akkumulator im Hybridfahrzeug gespeichert werden. Wenn die Trennkupplung geöffnet ist, dann ist nur die Antriebswelle der Elektromaschine drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden. In diesem Fall ist ein rein elektrisches Fahren des Hybridfahrzeuges durch den Betrieb der Elektromaschine als Motor möglich, wenn der Akkumulator ausreichend Energie aufweist, und der Verbrennungsmotor kann abgeschaltet werden. Alternativ ist eine Rekuperation möglich, wobei die kinetische Energie des Hybridfahrzeuges über die rotierende Getriebeeingangswelle auf die als Generator betriebene Elektromaschine übertragen wird. Weiterhin kann die Elektromaschine als Anlasser für den abgeschalteten Verbrennungsmotor genutzt werden, indem die Trennkupplung in einen schlupfenden Zustand geschaltet wird. Eine geeignete Elektromaschine weist dabei eine Leistung von mindestens 25 kW auf, das Getriebe ist zweckmäßigerweise als Automatikgetriebe vorgesehen und als Akkumulator finden insbesondere Lithium-Ionen- oder Nickel-Metallhydrit-Akkumulatoren mit etwa 300 Volt Spannung Verwendung.
  • Um den für einen derartigen Einwellen-Parallel-Hybrid benötigten Bauraum zu minimieren, ist üblicherweise der Rotor der Elektromaschine mit den getriebeseitigen Komponenten der Trennkupplung verbunden. Indem der Rotor also an die Kupplungsscheibe bzw. den Flexplate der Trennkupplung angebunden ist, können Elektromaschine und Trennkupplung als eine bauliche Einheit, ein sog. Hybridmodul, ausgeführt werden.
  • Nachteilig hieran ist jedoch, dass dann die Dimensionierung der Elektromaschine abhängig von der Dimensionierung der Trennkupplung ist. Insbesondere werden dabei, entsprechend der Breite der Trennkupplung, eher kurze Elektromaschinen mit großem Durchmesser verwendet, was bezüglich Energieeffizienz nicht optimal ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Einwellen-Parallel-Hybrid vorzuschlagen, welcher die genannten Nachteile nicht aufweist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Antriebswelle der Elektromaschine nicht-koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist, wobei Treibmittel vorgesehen sind zur Kopplung zwischen Antriebswelle und Getriebeeingangswelle. Anders ausgedrückt wird die Elektromaschine bei diesem speziellen Einwellen-Parallel-Hybrid räumlich von der Getriebeeingangswelle beabstandet. Während also weiterhin die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und die Getriebeeingangswelle (bzw. eine Eingangswelle eines Doppelkupplungsgetriebes) auf einer gemeinsamen Welle d. h. koaxial angeordnet sind, ist nun keine koaxiale Anordnung dieser gemeinsamen Welle mit der Antriebswelle der Elektromaschine mehr vorgesehen. Vielmehr liegt diese Antriebswelle, und damit natürlich auch die Elektromaschine, nunmehr quasi „neben” der gemeinsamen Welle bzw. der Getriebeeingangswelle. Damit sind neue Bauräume für die Elektromaschine erschließbar. Insbesondere ist eine größere Flexibilität bei der Gestaltung der Elektromaschine des Hybridfahrzeuges möglich, weil die Länge der Elektromaschine nicht mehr abhängig ist von der Größe der Trennkupplung. Dennoch ist durch die Treibmittel weiterhin eine sichere Einleitung von Moment möglich, entweder durch die Elektromaschine in das Getriebe um das Hybridfahrzeug anzutreiben, oder über die rotierende Getriebeeingangswelle auf die die Elektromaschine um kinetische Energie des Hybridfahrzeuges zu rekuperieren.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, die Treibmittel derart zu konfigurieren, dass eine ständige, d. h. nicht-schaltbare, Kopplung zwischen der Antriebswelle der Elektromaschine und einem getriebeseitigen Teil der Trennkupplung realisiert wird. Dazu wird beispielsweise die Kupplungsscheibe oder das Flexplate derart ausgebildet, dass es zur Übertragung von Moment zur Elektromaschine vermittels der nicht-koaxialen Antriebswelle geeignet ist. Damit ergibt sich ein gewisses Maß an Integration von Elektromaschine und Trennkupplung bei einem relativ einfachen Aufbau.
  • Insbesondere ist auch vorgesehen, dass die Treibmittel einen gezähnten Bereich des getriebeseitigen Teils der Trennkupplung sowie ein Zahnrad auf der Antriebswelle der Elektromaschine umfassen. Beispielsweise kann Kupplungsscheibe bzw. Flexplate von einem Zahnrad umgeben sein. Dieses Zahnrad kämmt mit dem auf der Antriebswelle der Elektromaschine angeordneten Zahnrad, zur Kopplung zwischen der Elektromaschine und der Getriebeeingangswelle. In diesem Fall sind die Antriebswelle der Elektromaschine und die Getriebeeingangswelle näherungsweise parallel angeordnet.
  • Dabei kann auch vorgesehen sein, zwischen dem Zahnrad auf der Antriebswelle der Elektromaschine und dem gezähnten Bereich ein Zwischenzahnrad anzuordnen. Dies ermöglicht beim Treibmittel die Darstellung eines größeren Abstands zwischen Antriebswelle und Getriebeeingangswelle. Zusätzlich ergibt sich durch die Verwendung von Zahnrad bzw. gezähntem Bereich die Einstellung einer gewünschten Übersetzung zwischen der Drehzahl der Elektromaschine und der Drehzahl der Getriebeeingangswelle. Damit wird auch ein Einsatz hochdrehender Elektromaschinen bei einem Einwellen-Parallel-Hybrid möglich, was bei direkter Kopplung des Rotors einer solchen Elektromaschine mit der Getriebeeingangswelle nicht darstellbar wäre.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfassen die Treibmittel einen Treibriemen und wenigstens eine Riemenscheibe. Auch hiermit ist eine sichere Übertragung von Moment zwischen der Antriebswelle der Elektromaschine und der Getriebeeingangswelle realisierbar. Natürlich sind auch andere Treibmittel möglich, beispielsweise ein Kettentrieb.
  • Zum Schutz der Treibmittel vor Umwelteinflüssen ist bevorzugt deren Kapselung vorgesehen. Durch ein Gehäuse zur Abdeckung der Treibmittel, welches beispielsweise an der Elektromaschine und der Getriebeeingangswelle anliegt, ist ein sicherer Schutz der Treibmittel vor Verschmutzung bzw. Beschädigung gewährleistet.
  • Durch die nicht-koaxiale Anordnung der Elektromaschine können nun auch Elektromaschinen mit verbesserter Energieeffizienz bzw. Wirkungsgrad eingesetzt werden. Insbesondere können nun relativ einfach Elektromaschinen vorgesehen werden, deren Länge nicht kleiner als ihr Durchmesser ist. Indem hier beispielsweise Elektromaschinen mit einem Durchmesser von etwa 160 mm verwendet werden, ist ein guter Kompromiss zwischen Energieeffizienz und ausreichendem Moment sichergestellt. Derartige Elektromaschinen sind im vorgegebenem Bauraum eines Einwellen-Parallel-Hybrid praktisch nur nicht-koaxial anordenbar.
  • Bevorzugt wird die Elektromaschine im Anlasserbauraum des Verbrennungsmotors angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere eine Verwendung von solchen Verbrennungsmotoren für den Hybridfahrzeug-Antriebsstrang, die bisher für Nicht-Hybridfahrzeuge verwendet wurden. Da beim Einwellen-Parallel-Hybrid kein separater Anlassermotor mehr notwendig ist, sondern dessen Funktion durch die Elektromaschine übernommen werden kann, ist der entsprechende Anlasserbauraum nun frei. In diesem Bauraum wird nun die Elektromaschine angeordnet und durch die Treibmittel angekoppelt, zur Darstellung eines Einwellen-Parallel-Hybrids.
  • Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
  • Dargestellt ist ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug umfassend einen – nicht dargestellten – Verbrennungsmotor, der über eine Kurbelwelle 1 drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 2 eines Getriebes 3 verbindbar ist. Das Getriebe 3 ist hier als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet. Die Kurbelwelle 1 ist über eine Trennkupplung 5 von der Getriebeeingangswelle 2 trennbar.
  • Zusätzlich zum nicht dargestellten Verbrennungsmotor ist eine Elektromaschine 4 vorgesehen, die über Treibmittel an die Getriebeeingangswelle 2 anbindbar ist. Die Elektromaschine 4 weist dabei eine – nicht dargestellte – Antriebswelle auf, die parallel zur Getriebeeingangswelle 2 verläuft, jedoch daneben liegend angeordnet ist, d. h. nicht- koaxial. Die Treibmittel zur drehfesten Verbindung der Antriebswelle der Elektromaschine 4 mit der Getriebeeingangswelle 2 sind dabei durch ein Gehäuse 5 abgedeckt. Das Gehäuse 5 weist benachbart zur Elektromaschine 4 eine Ausbuchtung 6 auf, welche ein Zahnrad abdeckt. Dieses – nicht dargestellte – Zahnrad ist auf der Antriebswelle der Elektromaschine 4 befestigt. Das Zahnrad kämmt mit einem Zwischenzahnrad 8, welches wiederum im Eingriff mit einem Zahnrad 7 steht. Das Zahnrad 7 wird von der Flexplate der Trennkupplung 5 getragen, d. h. dem getriebeseitigen Teil der Trennkupplung 5.
  • Somit ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und der Antriebswelle der Elektromaschine 4 durch die Treibmittel hergestellt, welche gebildet werden durch das Zahnrad auf der Antriebswelle der Elektromaschine 4, das Zwischenzahnrad 8 und das Zahnrad 7. Unabhängig davon, ob die Trennkupplung 5 geöffnet oder geschlossen ist, besteht vermittels der Treibmittel ständig eine drehfeste Verbindung zwischen Elektromaschine 4 und Getriebeeingangswelle 2. Es ergibt sich somit ein Einwellen-Parallel-Hybrid, bei dem die Elektromaschine 4 nicht-koaxial zur Getriebeeingangswelle 2 sowie zur Kurbelwelle 1 angeordnet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006034937 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug umfassend einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein Getriebe, wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und die Antriebswelle der Elektromaschine drehfest mit derselben Getriebeeingangswelle verbindbar sind indem zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eine Trennkupplung angeordnet ist womit wahlweise von Verbrennungsmotor und/oder Elektromaschine Moment in das Getriebe einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle der Elektromaschine (4) nicht-koaxial zur Getriebeeingangswelle (2) angeordnet ist, wobei Treibmittel (6, 7, 8) vorgesehen sind zur Kopplung zwischen Antriebswelle und Getriebeeingangswelle.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Treibmittel konfiguriert sind zur Kopplung zwischen Antriebswelle und getriebeseitigem Teil der Trennkupplung (5).
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 2, wobei die Treibmittel einen gezähnten Bereich (7) des getriebeseitigen Teils der Trennkupplung und ein Zahnrad (6) auf der Antriebswelle der Elektromaschine umfassen.
  4. Antriebsstrang nach Anspruch 3, wobei ein Zwischenzahnrad (8) zwischen dem gezähnten Bereich und dem Zahnrad angeordnet ist, welches mit beiden kämmt.
  5. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Treibmittel Treibriemen und Riemenscheibe umfassen.
  6. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Gehäuse (5) für die Kapselung der Treibmittel vorgesehen ist.
  7. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge der Elektromaschine nicht kleiner als deren Durchmesser ausgebildet ist.
  8. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektromaschine im Bauraum des Anlassermotors des Verbrennungsmotors vorgesehen ist.
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