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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge mit einer Antriebseinheit und einer Elektromaschine.
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Aus der
DE 10 2006 033 087 A1 ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeuggetriebe eine mit einer Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes fest verbundene Elektromaschine aufweist und eine mit der Antriebswelle fest verbundene Hydraulikpumpe. Es ist die Idee, zusätzlich eine elektrische Ölpumpe für das Fahrzeuggetriebe vorzusehen, erwähnt. In dem in der
DE 10 2006 033 087 A1 dargestellten Antriebsstrang ist ferner eine erste Kupplung antriebsseitig der Elektromaschine und eine zweite Kupplung im Fahrzeuggetriebe vorgesehen, welche beide als Anfahrkupplung genutzt werden können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Vollhybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug zu entwickeln, welcher möglichst kostengünstig ist. Unter einem Vollhybridantriebsstrang soll im Rahmen der Erfindung ein Antriebsstrang verstanden werden, welcher zumindest zwei Antriebsmaschinen aufweist, insbesondere einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine, wobei beide Antriebe jeweils alleinig das Kraftfahrzeug anzutreiben vermögen, so dass insbesondere ein rein elektrischer Fahrbetrieb möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Antriebsstrang eine Antriebseinheit auf, welche über mindestens ein Anfahrelement mit einem Getriebeelement eines Fahrzeuggetriebes verbindbar ist. Der Antriebsstrang weist ferner eine als Generator und/oder Elektromotor betreibbare Elektromaschine auf, wobei ein Rotor der Elektromaschine mit dem Getriebeelement des Fahrzeuggetriebes verbunden ist, sowie eine ebenfalls mit dem Getriebeelement verbundene mechanische Getriebeölpumpe. Das Fahrzeuggetriebe ist mit einem Getriebeabtrieb verbunden, welcher einem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Das Fahrzeuggetriebe und die mechanische Getriebeölpumpe sind im Wesentlichen in ein Getriebegehäuse baulich integriert. Unter „das Fahrzeuggetriebe und die mechanische Getriebeölpumpe sind im Wesentlichen in ein Getriebegehäuse baulich integriert” soll im Rahmen der Erfindung verstanden werden, dass der überwiegende Anteil der Fahrzeuggetriebebauteile und der überwiegende Teil der mechanischen Getriebeölpumpe sich räumlich eines Getriebegehäuses befindet, so dass das Getriebegehäuse das Fahrzeuggetriebe und die mechanische Getriebeölpumpe im Wesentlichen umfasst. Erfindungsgemäß ist das Getriebegehäuse mehrteilig und das Fahrzeuggetriebe und die mechanische Getriebeölpumpe sind im Wesentlichen in demselben Getriebegehäuseteil des mehrteiligen Getriebegehäuses baulich integriert. Unter „im Wesentlichen in demselben Getriebegehäuseteil des mehrteiligen Getriebegehäuses baulich integriert” soll im Rahmen der Erfindung verstanden werden, dass der überwiegende Anteil der Fahrzeuggetriebebauteile und der überwiegende Teil der mechanischen Getriebeölpumpe sich räumlich innerhalb desselben Getriebegehäuseteils des mehrteiligen Getriebegehäuses befindet.
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Das Anfahrelement im erfindungsgemäßen Antriebsstrang kann als Reibkupplung, insbesondere als nasslaufende Lamellenkupplung, oder als Drehmomentwandler, insbesondere mit Wandlerüberbrückungskupplung, ausgeführt sein. Wird ein Drehmomentwandler als Anfahrelement vorgesehen, so ist eine Trennkupplung zwischen Antriebseinheit und Elektromaschine notwendig. Die Ansteuerung der Trennkupplung kann von einem externen Aktor übernommen werden. Die Ansteuerung der Wandlerüberbrückungskupplung des Drehmomentwandlers wird von der auch im verbrennungsmotorischen Antriebsstrang mit Automatikgetriebe befindlichen Aktorik übernommen.
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Die Antriebseinheit kann insbesondere als Verbrennungsmotor ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß weist das Getriebegehäuse mehrere Getriebegehäuseteile auf, welche mit Verbindungsmitteln, beispielsweise Schrauben miteinander verbindbar sind. Durch eine zumindest im Wesentlichen bauliche Integration der mechanischen Getriebeölpumpe in denselben Getriebegehäuseteil, in welcher das Fahrzeuggetriebe im Wesentlichen baulich integriert ist, ist ein Modulbaukastensystem mit Baugruppen eines Vollhybridantriebsstrangs und Baugruppen eines verbrennungsmotorischen Antriebsstrangs technisch einfach realisierbar, da die mechanische Getriebeölpumpe und in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch eine Getriebeölführung von und zur mechanischen Getriebeölpumpe dem Fahrzeuggetriebe zugeordnet werden, welches bei beiden Antriebssträngen im Wesentlichen identisch ist. Eine Einschränkung auf „im Wesentlichen identisch” betrifft hierbei die applikationsspezifische Anpassung des Fahrzeuggetriebes auf die Drehmomentkennlinie der Antriebseinheit, der Elektromaschine insbesondere durch eine Änderung der Anzahl von Schaltelementlamellen von Schaltelementen des Fahrzeuggetriebes. Unter einem Schaltelement des Fahrzeuggetriebes soll im Rahmen der Erfindung ein Element des Fahrzeuggetriebes verstanden werden, welches der Darstellung von Gangstufen dient und insbesondere als Lamellenkupplung oder Lamellenbremse ausgeführt ist. Durch die Anbindung der mechanischen Getriebeölpumpe an dasselbe Getriebeelement, mit welchem auch der Rotor der Elektromaschine verbunden ist, ist die mechanische Getriebeölpumpe mit dem Rotor der Elektromaschine direkt verbunden und vorteilhaft ist dadurch eine Getriebeölversorgung in einem rein elektrischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit gattungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang von der mechanischen Getriebeölpumpe ausführbar. Es ist denkbar, dass die mechanische Getriebeölpumpe durch einen Kettentrieb oder dergleichen mit dem Getriebeelement verbunden ist. Durch einen Kettentrieb liegt die mechanische Getriebeölpumpe in einem Nebentrieb des Fahrzeuggetriebes, wodurch die mechanische Getriebeölpumpe keinen geometrischen Zwängen wie einem Mindestdurchmesser durch eine Welle unterliegt und wirkungsgradoptimal dimensioniert werden kann.
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Vorteilhaft kann durch eine Integration der mechanischen Getriebeölpumpe in denselben Getriebegehäuseteil, in welcher das Fahrzeuggetriebe im Wesentlichen baulich integriert ist, eine Reduktion der Getriebeölleckage im Hybridtriebkopf erzielt werden und das Leckageöl der mechanischen Getriebepumpe auf kürzerem Weg in die Ölwanne des Fahrzeuggetriebes geleitet werden kann, was sich erhöhend auf den Fahrzeuggetriebewirkungsgrad auswirkt. Durch eine Getriebeölführung von und zur mechanischen Getriebeölpumpe in demselben Getriebegehäuseteil des mehrteiligen Getriebegehäuses, in welchem das Fahrzeuggetriebe im Wesentlichen baulich integriert ist, kann zudem eine weitere Reduktion der Leckage und der hydraulischen Widerstände der Getriebeölführung erzielt werden, da die Getriebeölführung kürzer und kompakter gestaltbar ist, was sich erhöhend auf den Fahrzeuggetriebewirkungsgrad auswirkt.
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Vorteilhaft ist das Fahrzeuggetriebe mit einer hohen Getriebespreizung auszuführen, so dass die Elektromaschine bei gleichem Moment am Getriebeabtrieb baulich kleiner ausführbar ist. Unter einer Getriebespreizung ist das Verhältnis zwischen den Übersetzungen der ersten Gangstufe und der höchsten Gangstufe des Fahrzeuggetriebes zu verstehen.
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Vorteilhaft kann dann bei ausreichender Versteifung des Rotorträgers des Rotors der Elektromaschine und der Getriebezwischenwand eine einseitige Lagerung des Rotors der Elektromaschine vorgesehen werden, d. h. es ist in axialer Richtung lediglich auf einer Seite des Rotorträgers eine Lagerung des Rotorträgers vorgesehen. Aus Gründen der Steifigkeit und der Anbindung der mechanischen Getriebeölpumpe wird der einseitige Rotor in einer Getriebezwischenwand gelagert. Durch einen Entfall der zweiten Lagerstelle wird ferner vorteilhaft die Montage des Hybridtriebkopfes, wie auch das Wuchtkonzept des Rotors wesentlich vereinfacht, es entsteht eine Gewichtsersparnis, ein Kostenvorteil und eine Reduzierung der axialen Länge des Antriebsstrangs. Durch den Entfall der zweiten Lagerstelle ergeben sich weiterhin vorteilhaft Gestaltungsfreiräume radial innerhalb des Rotorträgers und dadurch Optimierungspotenzial bei der Ausführung des Anfahrelements.
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Ein Vorsehen einer zusätzlichen Elektromaschine in dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang ist denkbar, welche direkt mit der Antriebseinheit verbindbar oder verbunden ist und entweder lediglich als Starter oder als Startergenerator dient. Durch das Vorsehen einer Startergenerator-Elektromaschine ist ein Betriebsspektrum des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs deutlich erweiterbar, insbesondere ist ein seriell hybridischer Betrieb darstellbar.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist das Getriebeelement als Getriebeeingangswelle ausgeführt. Unter einer Getriebeeingangswelle soll im Rahmen der Erfindung eine Welle verstanden werden, welche das Anfahrelement mit einer mechanischen Übersetzungseinrichtung des Fahrzeuggetriebes verbindet. Vorteilhaft kann bei einer Anbindung der Elektromaschine und der mechanischen Getriebeölpumpe an die Getriebeeingangswelle die Elektromaschine eingangseitig des Fahrzeuggetriebes angeordnet werden und technisch einfach in ein anderes Getriebegehäuseteil des mehrteiligen Getriebegehäuses integriert werden, als das Fahrzeuggetriebe, so dass ein Umbau eines so ausgestalteten Vollhybridantriebsstrangs zu einem verbrennungsmotorischen Antriebsstrang vergleichsweise einfach ausführbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist besonders vorteilhaft zur Darstellung eines Parallelhybridantriebsstrangs oder eines kombinierten Parallel-Seriell-Hybridantriebsstrangs. Der erfindungsgemäße Vollhybridantriebsstrang kann aber auch als leistungsverzweigter Hybridantriebsstrang ausgeführt sein.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs dient eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe einer Getriebeölversorgung des hydraulischen Systems des Fahrzeuggetriebes und/oder des Anfahrelements. Das hydraulische System des Fahrzeuggetriebes und/oder des Anfahrelements umfasst eine Druckölversorgung der Betätigungselemente der Schaltelemente des Fahrzeuggetriebes und/oder des Betätigungselements des Anfahrelements sowie eine Schmierölversorgung und eine Kühlölversorgung verschiedenster Bauteile des Fahrzeuggetriebes und/oder des Anfahrelements über eine in der Regel vorgesehene elektro-hydraulische Steuereinheit. Eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe ermöglicht vorteilhaft für einen gattungsgemäßen Antriebsstrang einen Anfahrvorgang mit der Antriebseinheit, bei welchen die mechanische Getriebeölpumpe mit einem Getriebeelement des Fahrzeuggetriebes und nicht direkt mit der Antriebseinheit verbunden ist.
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Vorteilhaft ist eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe in demselben Getriebegehäuseteil des mehrteiligen Getriebegehäuses im Wesentlichen baulich integriert und/oder mit dem Getriebegehäuseteil hauptsächlich baulich verbunden, in welchem das Fahrzeuggetriebe im Wesentlichen baulich integriert ist. Durch eine zumindest im Wesentlichen bauliche Integration der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe und/oder hauptsächliche bauliche Verbindung mit denselben Getriebegehäuseteil, in welchem das Fahrzeuggetriebe im Wesentlichen baulich integriert ist, ist insbesondere ein Modulbaukastensystem mit Baugruppen eines Vollhybridantriebsstrangs und Baugruppen eines verbrennungsmotorischen Antriebsstrangs mit Start-Stopp-Funktion technisch einfach realisierbar, da die elektrische Zusatzgetriebeölpumpe und insbesondere die Getriebeölführung der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe dem Fahrzeuggetriebe zugeordnet werden, welches bei beiden Antriebssträngen im Wesentlichen identisch ist. Unter einer hauptsächlichen baulichen Verbindung der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe mit demselben Getriebegehäuseteil soll verstanden werden, dass die elektrische Zusatzgetriebeölpumpe hauptsächlich mit demselben Getriebegehäuseteil baulich verbunden ist, beispielsweise mittels Befestigungsmitteln befestigt ist und nicht mit einem anderen Bauteil des Kraftfahrzeugs. Unter einem verbrennungsmotorischen Antriebsstrang mit Start-Stopp-Funktion soll in diesem Zusammenhang ein Antriebsstrang verstanden werden, bei welchem der Verbrennungsmotor insbesondere in einer Stopp-Phase des Kraftfahrzeugs abgeschaltet wird und hiernach spontan wieder gestartet wird, insbesondere durch einen an den Verbrennungsmotor angebundenen Starter oder Startergenerator. Eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe ist dabei für ein Befüllthalten der Betätigungselemente der Schaltelemente des Fahrzeuggetriebes eines Kraftfahrzeugs mit Start-Stopp-Funktion während der Stopp-Phase notwendig, um einen spontanen Anfahrvorgang nach einer Stopp-Phase zu ermöglichen.
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Ein Betrieb der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe in einem gattungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang ist lediglich nur in dem jeweils ersten Moment eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs mit der Antriebseinheit über das Anfahrelement erforderlich, weil in diesem ersten Moment noch der Getriebeabtrieb und damit sämtliche Getriebeelemente und so auch die mechanische Getriebeölpumpe still stehen. Auch dreht sich nach Einsetzen einer Kraftfahrzeugbewegung in einem Anfahrvorgang mit der Antriebseinheit mit gattungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang die mechanische Getriebeölpumpe noch langsamer als die Antriebseinheit, da diese abtriebsseitig des schlupfenden Anfahrelements in den Antriebsstrang eingebunden ist und nicht an die Antriebseinheit angebunden ist, wie es in verbrennungsmotorischen Antriebssträngen üblich ist. Der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe kommt in einem Anfahrvorgang mit einem gattungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang eine andere Aufgabe zu, als in Kraftfahrzeugen mit verbrennungsmotorischen Antriebsstrang und Start-Stopp-Funktion. Eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe muss in einem Anfahrvorgang mit einem gattungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang nicht nur einer Bereitstellung eines Leckageölstromes des Fahrzeuggetriebes für eine längere Zeitdauer dienen, nämlich in einer Stopp-Phase eines Kraftfahrzeugs mit Start-Stopp-Funktion, um die Betätigungselemente der Schaltelemente befüllt zu halten, sondern auch für einen kurzen Augenblick von einigen wenigen Sekunden, insbesondere weniger als etwa 5 Sekunden, einer Wiederbefüllung der Betätigungselemente des Anfahrelements und der Schaltelemente und einem Aufbau eines Arbeitsdrucks in den Betätigungselementen dienen. Unter einem Arbeitsdruck ist in diesem Zusammenhang ein Druck zu verstehen, welcher in den Betätigungselementen aufzubauen ist, damit eine Druckkraft der Betätigungselemente auf das Anfahrelement und die Schaltelemente ausreichend für eine Kraftübertragung ist. Zur Bereitstellung eines Arbeitsdrucks mit der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe ist es notwendig, dass mit dieser ein hohes Drehmoment erzeugbar ist, um so ein hohes Pumpenmoment bereitzustellen. In einer sehr vorteilhaften Betriebsweise kann ein hohes Pumpenmoment der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe in einem gattungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang durch einen strommäßigen Überlastbetrieb oberhalb eines Dauerstrom-Schwellenwerts erzeugt werden, da diese Betriebsweise in einem gattungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang stets nur kurzzeitig, insbesondere für eine Zeitdauer von weniger als etwa 5 Sekunden, erfolgt und ein solcher strommäßiger Überlastbetrieb im Rahmen der Lebensdaueranforderungen der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe und des beteiligten Bordnetzes möglich ist. Damit kann eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe vorteilhaft über eine geringere Nennleistung verfügen als die Pumpenleistung, welche erforderlich ist, um einer dauerhafte hydraulische Versorgung des Getriebes in E-Fahrt zu gewährleisten.
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An Stelle der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe kann auch ein Druckspeicher zum Einsatz kommen, ausgelegt auf den maximalen Arbeitsdruck, welcher in den Betätigungselementen des Anfahrelements und der Schaltelemente zur Darstellung eines Vollastanfahrvorgangs notwendig ist.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind das Anfahrelement und die Elektromaschine im Wesentlichen in ein und demselben Getriebegehäuseteil des mehrteiligen Getriebegehäuses baulich integriert. Vorteilhaft sind hierdurch die Komponenten zu einem Modul in einem Getriebegehäuseteil zusammengefasst, welche auszutauschen sind, wenn anstelle eines Vollhybridantriebsstrangs ein verbrennungsmotorischer Antriebsstrang implementiert wird. Die Baugruppe aus dem Anfahrelement, der Elektromaschine und dem zugehörigen Getriebegehäuseteil wird im Rahmen der Erfindung als Hybridtriebkopf bezeichnet. Vorteilhaft kann durch eine Konzeption eines solchen Hybridtriebkopfs ein bereits für Serienfahrzeuge produzierter verbrennungsmotorischer Antriebsstrang vergleichsweise einfach auf einen Vollhybridantriebsstrang geändert werden, indem nur der Hybridtriebkopf ausgetauscht wird. Dies hat erhebliche Kostenvorteile, zumal bedingt durch eine Gleichteilstrategie vieler Automobilhersteller eine Antriebsstrangausführung für mehrere Verbrennungskraftmaschinenausführungen und Kraftfahrzeugtypen mit unterschiedlich verfügbaren Bauraum und insbesondere unterschiedlichen begrenzenden Vorgaben durch den Kraftfahrzeugrohbau verbaut werden. Vorteilhaft können zudem auf einer Montagelinie eines Automobilherstellers technisch einfach sowohl ein erfindungsgemäßer Vollhybridantriebsstrang als auch ein verbrennungsmotorischer Antriebsstrang aufgebaut werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind antriebsseitig des Anfahrelements und/oder abtriebsseitig der Elektromaschine Torsionsdämpfer vorgesehen, wobei die Torsionsdämpfer im Wesentlichen in dem Getriebegehäuseteil baulich integriert sind, in welchem auch das Anfahrelement und die Elektromaschine im Wesentlichen baulich integriert sind. Vorteilhaft bewirkt der abtriebsseitig der Elektromaschine vorgesehene Torsionsdämpfer eine Dämpfung der Schwingungen, welche durch die Trägheit des Rotors der Elektromaschine im Antriebsstrang hervorgerufen werden. Vorteilhaft ist insbesondere der abtriebsseitig der Elektromaschine vorgesehene Torsionsdämpfer im Hybridtriebkopf integriert, da dieser in verbrennungsmotorischen Antriebssträngen oder in verbrennungsmotorischen Antriebssträngen mit zusätzlicher Start-Stopp-Funktion, entfallen kann und dann bei einem Umbau eines erfindungsgemäßen Vollhybridantriebsstrang in einen verbrennungsmotorischen Antriebsstrang mit dem Austausch des Hybridtriebkopfs beispielsweise durch einen Drehmomentwandler entfällt. Ein antriebsseitig des Anfahrelements, insbesondere einer nasslaufenden Anfahrkupplung, angeordneter Torsionsdämpfer kann vorteilhaft platzsparend in das Gehäuse des Anfahrelements integriert werden. Ein abtriebsseitig der Elektromaschine vorgesehener Torsionsdämpfer kann bei Vorsehen einer Elektromaschine mit einem einseitig gelagerten Rotorträger des Rotors in axiale Bauräume integriert werden, welche sich durch einen Entfall eines Rotorträgerlagers ergeben. So ist eine Separierung des Torsionsdämpfers abtriebsseitig der Elektromaschine von dem Anfahrelement darstellbar, wodurch dieser Torsionsdämpfer beispielsweise nicht in ein ölbefülltes Gehäuse eines nass laufenden Anfahrelements zu integrieren ist, was sich vorteilhaft Schleppmoment reduzierend auswirkt.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs weist das Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang mit
- – einer Antriebseinheit, welche über mindestens ein Anfahrelement mit einem Getriebeelement eines Fahrzeuggetriebes verbindbar ist,
- – einer als Generator und/oder Elektromotor betreibbaren Elektromaschine, wobei ein Rotor der Elektromaschine mit dem Getriebeelement des Fahrzeuggetriebes verbunden ist,
- – einer mechanischen Getriebeölpumpe, welche ebenfalls mit dem Getriebeelement verbunden ist,
- – einem Getriebeabtrieb, welcher einem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient, und mit
- – einer elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe auf. Die Erfindung besteht darin, dass zur Durchführung eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit einer Temperatur entweder die mechanische Getriebeölpumpe und die elektrische Zusatzgetriebeölpumpe oder nur eine der beiden Getriebeölpumpen betrieben wird.
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Unter einer Temperatur, in Abhängigkeit welcher die beiden Getriebeölpumpen betrieben werden, ist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Getriebeöltemperatur zu verstehen, welche bei einem ersten Anfahrvorgang nach Kaltstart des Kraftfahrzeugs in etwa einer Umgebungslufttemperatur entspricht.
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Vorteilhaft kann im erfindungsgemäßen Antriebsstrang einerseits die mechanische Getriebeölpumpe durch ihre Verbindung mit dem Rotor der Elektromaschine mit hoher Leistung betrieben werden, da die Leistung der Elektromaschine, so zu dimensionieren ist, dass diese ausreichend für einen alleinigen Antrieb des Kraftfahrzeugs durch die Elektromaschine ist, mindestens in etwa 15 kW. So ist eine Förderung von sehr kaltem und damit sehr zähem Getriebeöl mit der von der Elektromaschine angetriebenen mechanischen Getriebeölpumpe möglich. Eine zu installierende Leistung der vorzusehenden elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe kann somit vergleichsweise gering ausfallen, beispielsweise kleiner als 1 kW, was sich insbesondere kostensparend auswirkt. Vorteilhaft ist andererseits im erfindungsgemäßen Antriebsstrang eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe vorgesehen, welche eine Versorgung des Betätigungselements des Anfahrelements und des Fahrzeuggetriebes mit Getriebeöl in einem Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs mit der Antriebseinheit über das Anfahrelement ermöglicht, wenn die mechanische Getriebeölpumpe noch über eine für eine Ölversorgung nicht ausreichende Drehzahl aufweist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit einer temperaturabhängigen Betriebsweise des Antriebsstrangs und einer temperaturabhängigen Betriebsweise der beiden Getriebeölpumpen können diese beiden Vorteile gleichermaßen genutzt werden.
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In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs weist das Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang mit
- – einer Antriebseinheit, welche über mindestens ein Anfahrelement mit einem Getriebeelement eines Fahrzeuggetriebes verbindbar ist,
- – einer als Generator und/oder Elektromotor betreibbaren Elektromaschine, wobei ein Rotor der Elektromaschine mit dem Getriebeelement des Fahrzeuggetriebes verbunden ist,
- – einer mechanischen Getriebeölpumpe, welche ebenfalls mit dem Getriebeelement verbunden ist,
- – einem Getriebeabtrieb, welcher einem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient, und mit
- – einer elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe auf. Die Erfindung besteht darin, dass in Abhängigkeit einer Temperatur ein Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs über einen schlupfenden Schließvorgang des Anfahrelements oder einen schlupfenden Schließvorgang eines Schaltelements des Fahrzeuggetriebes ausgeführt wird.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in einem ersten Tieftemperaturbereich ein Anfahren des Kraftfahrzeugs mit der Antriebsleistung entweder der Antriebseinheit oder der Elektromaschine über einen schlupfenden Schließvorgang eines Schaltelements des Fahrzeuggetriebes, wobei ein Getriebeöl durch einen Betrieb ausschließlich der mechanischen Getriebeölpumpe bereitgestellt wird. In einem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang wird das Getriebeöl im Tieftemperaturbereich, in welchem die elektrische Zusatzgetriebeölpumpe nicht über eine ausreichende Leistung verfügt, um das bei diesen Temperaturen sehr zähe Getriebeöl zu fördern, alleinig von der mit der Elektromaschine angetriebenen mechanischen Getriebeölpumpe bereitgestellt. Da für einen Antrieb der mechanischen Getriebeölpumpe zur Förderung des Getriebeöls bei Tieftemperaturen eine Drehzahl der Elektromaschine von mindestens in etwa 400 1/min notwendig ist, wird erfindungsgemäß ein Anfahren des Kraftfahrzeugs in dem ersten Tieftemperaturbereich über einem schlupfenden Schließvorgang eines Schaltelements des Fahrzeuggetriebes dargestellt, so dass eine Drehzahl der Elektromaschine und damit der mechanischen Getriebeölpumpe von mindestens etwa 400 1/min Aufrecht erhalten werden kann. In einem zweiten Temperaturbereich mit Temperaturen größer als die Temperaturen des ersten Tieftemperaturbereichs erfolgt ein Anfahren des Kraftfahrzeugs mit der Antriebsleistung der Antriebseinheit über einen schlupfenden Schließvorgang des Anfahrelements, oder das Anfahren des Kraftfahrzeugs erfolgt mit der Antriebsleistung der Elektromaschine, wobei ein Getriebeöl jeweils durch den Betrieb ausschließlich der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe bereitgestellt wird. Eine Drehzahl der mechanischen Getriebeölpumpe und damit der Elektromaschine kann nahezu Null sein. In einem zweiten Temperaturbereich mit Temperaturen größer als die Temperaturen des ersten Tieftemperaturbereichs ist die Leistung der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe ausreichend, um einen Getriebeölvolumenstrom sowohl zu einer Befüllung der Betätigungselemente der Schaltelemente des Fahrzeuggetriebes und des Anfahrelements als auch zu einer Erzeugung eines Systemdrucks bereitzustellen. So ist ein Anfahren des Kraftfahrzeugs mit einer Drehzahl der Elektromaschine nahe Null 1/min zu Beginn des Anfahrvorgangs im Stillstand des Kraftfahrzeugs ohne ein schlupfendes Schaltelement des Fahrzeuggetriebes möglich.
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In der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen lediglich die Anfahrvorgänge bei Tieftemperaturen, insbesondere der erste Anfahrvorgang nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs bei Umgebungsluft- und/oder Getriebeöltemperaturen geringer als etwa –10°C, mit der Antriebsleistung der Antriebseinheit oder der Elektromaschine über einen schlupfenden Schließvorgang eines Schaltelements des Fahrzeuggetriebes mit einem über die mechanische Getriebeölpumpe bereitgestellten Getriebeöl. Die Wahl der Grenztemperatur zwischen dem ersten Tieftemperaturbereich und dem zweiten Temperaturbereich ist insbesondere von der sich mit der Temperatur stark ändernden Viskosität des Getriebeöls und den hydraulischen Eigenschaften des Fahrzeuggetriebes, wie insbesondere den Querschnitten und Längen der Getriebeölführungen, abhängig. Vorteilhaft finden Anfahrvorgänge nach Kaltstart des Kraftfahrzeugs im Tieftemperaturbereich vergleichsweise selten statt, so dass es bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug nicht notwendig ist, dasjenige Schaltelement des Fahrzeuggetriebes, welches im Tieftemperaturbereich zusätzlich eine Funktion als Anfahrelement übernimmt, für diese Funktion auszulegen. Insbesondere thermische Verstärkungsmaßnahmen oder zusätzliche Kühlungseinrichtungen sind vorteilhaft nicht notwendigerweise vorzusehen. Es kann vorteilhaft ein Fahrzeuggetriebe, welches für einen rein verbrennungsmotorischen Antriebsstrang vorgesehen ist, identisch für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang übernommen werden.
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Vorteilhaft ist durch das erfindungsgemäße Anfahren eines Kraftfahrzeugs im Tieftemperaturbereich ein separater für eine als Verbrennungsmotor ausgeführte Antriebseinheit vorgesehener Starter, nicht notwendig, was sich Kosten und Bauraum sparend auswirkt.
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Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht einen Antriebsstrangaufbau, in welchem die mechanische Getriebeölpumpe an ein Getriebeelement des Fahrzeuggetriebes angebunden ist, an welches ebenfalls die Elektromaschine angebunden ist, und nicht an die Antriebseinheit. Mit einem so ausgestalteten Antriebsstrang ist bei rein elektrischem Fahrbetrieb mit der Antriebsleistung der Elektromaschine ein höherer Antriebsstrangwirkungsgrad erzielbar, da die Ölversorgung nicht durch die elektrische Zusatzgetriebeölpumpe erfolgt, sondern durch die mechanischen Getriebeölpumpe
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in einem Zwischentemperaturbereich, welcher gefrierpunktnahe ist und zwischen dem ersten Tieftemperaturbereich und dem zweiten Temperaturbereich liegt, ein Anfahren des Kraftfahrzeugs mit der Antriebsleistung der Antriebseinheit über einen schlupfenden Schließvorgang des Anfahrelements, oder das Anfahren des Kraftfahrzeugs erfolgt mit der Antriebsleistung der Elektromaschine, wobei ein Getriebeöl jeweils durch den Betrieb der mechanischen Getriebeölpumpe und der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe bereitgestellt wird. Vorteilhaft kann zunächst ein Getriebeölvolumenstrom zur Befüllung der Betätigungselemente der Schaltelemente des Fahrzeuggetriebes und des Anfahrelements von der mechanischen Getriebeölpumpe erzeugt werden. Die elektrische Zusatzgetriebeölpumpe dient dann lediglich zur Erzeugung des Systemdrucks und dessen Aufrechterhaltung durch eine Bereitstellung des Leckageölvolumenstroms, wofür eine vergleichsweise geringe Pumpenleistung notwendig ist, so dass vorteilhaft eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe mit einer vergleichsweise kleinen Leistung vorgesehen werden kann. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Drehzahl der Elektromaschine auf einen Wert nahe Null 1/min reduzierbar, sobald die mechanische Getriebeölpumpe eine Befüllung der Betätigungselemente der Schaltelemente und des Anfahrelements bewirkt hat. Eine Drehzahl von nahe Null 1/min der Elektromaschine ist sowohl für einen Anfahrvorgang mit der Antriebseinheit über das Anfahrelement als auch für einen Anfahrvorgang mit der Elektromaschine ohne schlupfendem Schaltelement notwendig.
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Es ist auch denkbar, einen elektrischen Zusatzheizer und/oder eine Warmlaufphase für Getriebeöl bei tiefen Getriebeöltemperaturen vorzusehen, in welcher mit der mechanischen Getriebeölpumpe, angetrieben durch die Elektromaschine, Getriebeöl durch das Fahrzeuggetriebe gepumpt wird, um das Getriebeöl zu erwärmen. Initiiert werden kann diese Warmlaufphase beispielsweise durch eine Erkennung eines Öffnens einer Fahrertür des Kraftfahrzeugs. Weitere Möglichkeiten das Getriebeöl nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs möglichst schnell aufzuwärmen, sind beispielsweise ein Nutzen von Abgaswärme des Verbrennungsmotors. Eine Beschleunigung einer Aufwärmung des Getriebeöls reduziert vorteilhaft die notwendige Pumpenleistung der elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe oder reduziert den Anteil der notwendigen Unterstützungsleistung der mechanischen Getriebeölpumpe in einem Anfahrvorgang im Tieftemperaturbereich und im Zwischentemperaturbereich.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand von schematisch dargestellten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem Fahrzeuggetriebe, einer mechanischen Getriebeölpumpe, einer elektrischen Zusatzgetriebeölpumpe und einem Hybridtriebkopf, integriert in ein zweiteiliges Getriebegehäuse.
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Gemäß 1 weist der Antriebsstrang 1 eine Antriebseinheit 2 auf, welche über einen Torsionsdämpfer 12 und mindestens ein Anfahrelement 3 mit einer Getriebeeingangswelle 5 eines Fahrzeuggetriebes 6 verbindbar ist. Die Getriebeeingangswelle 5 ist mit einem Rotor 4a einer als Generator und/oder Elektromotor betreibbaren Elektromaschine 4 verbunden. Das Fahrzeuggetriebe weist einem Getriebeabtrieb 11 auf, welcher einem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Der Rotor 4a der Elektromaschine 4 ist über einen weiteren Torsionsdämpfer 13 mit einer mechanischen Getriebeölpumpe 7 verbunden. Der Antriebsstrang 1 weist eine elektrische Zusatzgetriebeölpumpe 9 auf. Erfindungsgemäß sind sowohl das Fahrzeuggetriebe 6 als auch die mechanische Getriebeölpumpe 7 in einem hinteren Getriebegehäuseteil 8b eines zweiteiligen Getriebegehäuses 8 baulich integriert. Unter dem hinteren Getriebegehäuseteil 8b des zweiteiligen Getriebegehäuses 8 wird das Getriebegehäuseteil verstanden, welche dem Getriebeabtrieb 11 zugewandt ist, unter dem vorderen Getriebegehäuseteil 8a wird im Rahmen dieser Erfindung der der Antriebseinheit 2 zugewandte Getriebegehäuseteil verstanden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006033087 A1 [0002, 0002]
