DE102010029435A1

DE102010029435A1 - Hybridmodul

Info

Publication number: DE102010029435A1
Application number: DE102010029435A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ohnemus; Dr. Simkovics Reinhard; Lothar Wolf; Alexander Martin
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-01
Also published as: WO2011147525A1; CN102781699A; US20130079193A1; CN102781699B; EP2580081A1; US9580059B2

Abstract

Hybridmodul, das folgende Komponenten aufweist: – ein Gehäuse, – einen zur Drehkopplung mit einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Eingang, – einen zur Drehkopplung mit einem Eingang eines Getriebes vorgesehenen Ausgang, – eine in dem Gehäuse angeordnete elektrische Maschine mit einem Stator und einem radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor – wobei in Radialrichtung und in Axialrichtung innerhalb des Rotors eine Trennkupplung und ein Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridmodul gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Seit geraumer Zeit ist ein Trend zur „Hybridisierung” herkömmlicher Fahrzeugantriebe zu erkennen. Manche Hersteller bieten Fahrzeuge mit einem Automatikgetriebe wahlweise mit oder ohne vorgeschaltetem „Hybridmodul” an. Aus Kostengründen ist man bestrebt, bei der Hybridisierung eines Antriebsstrangs möglichst wenige Komponenten zu ändern bzw. zu ersetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein konstruktiv einfach und kompakt aufgebautes Hybridmodul zu schaffen, über das ein Verbrennungsmotor mit einem Getriebe gekoppelt und auf diese Weise ein herkömmlicher Antriebsstrang hybridisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Hybridmodul gemäß der Erfindung weist ein Gehäuse, einen Dreheingang, amen Drehausgang, eine in dem Gehäuse angeordnete elektrische Maschine sowie eine Trennkupplung und amen Torsionsschwingungsdämpfer auf. Der Dreheingang der im Folgenden kurz als „Eingang” bezeichnet wird, ist zur Drehkopplung des Hybridmoduls mit einem Verbrennungsmotor bzw. einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors vorgesehenen. Der Drehausgang, der im Folgenden kurz als „Ausgang” bezeichnet wird, ist zur Drehkopplung des Hybridmoduls mit einem Eingang eines Getriebes vorgesehen. Bei dem Getriebe kann es sich beispielsweise um ein Automatikgetriebe, um ein Doppelkupplungsgetriebe, um ein manuelles Getriebe, ein automatisiertes Manuelles Getriebe oder um ein Getriebe anderer Bauart handeln.
Die in dem Gehäuse des Hybridmoduls angeordnete elektrische Maschine weist einen gehäusefest angeordneten Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor auf. Der Rotor ist so gestaltet und dimensioniert, dass die Trennkupplung und der Torsionsschwingungsdämpfer innerhalb des von dem Rotor umschlossenen Bereichs angeordnet werden können. Die Trennkupplung und der Torsionsschwinger sind somit sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung betrachtet (zumindest teilweise) „innerhalb” des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet, was eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Trennkupplung – vom Eingang des Hybridmoduls in Richtung des Ausgangs des Hybridmoduls betrachtet – vor dem Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet ist.
Bei der Trennkupplung kann es sich insbesondere um eine trockene Mehrscheibenreibkupplung mit mehreren Reiblamellenpaaren handeln. Durch den Verbau einer trockenen Mehrscheibenreibkupplung innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine und durch Integration des Torsionsschwingungsdämpfers in den Bauraum des Rotors der elektrischen Maschine wird eine vergleichsweise kurze Baulänge des Hybridmoduls erreicht. Die Mehrscheibenreibkupplung kann zwei, drei oder mehr Reiblamellenpaare aufweisen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kupplung einen unbetätigten Grundzustand auf, in dem sie geschlossen ist, d. h. in dem sie eine Drehmomentübertragung ermöglicht. Zum Öffnen der Kupplung kann eine entsprechende Kupplungshydraulik vorgesehen sein, die einen hydrostatischen, bedarfsorientiert mit hydraulischer Energie versorgbaren Aktuator aufweist.
Zur Optimierung des Wirkungsgrads des Hybridmoduls kann vorgesehen sein, dass die Reiblamellen der Kupplung im geöffneten Zustand der Kupplung vollständig getrennt sind. Im geöffneten Zustand der Kupplung berühren sich somit die Reiblamellen der Kupplung nicht. Dementsprechend entsteht an der Kupplung im geöffneten Kupplungszustand keinerlei Reibwärme.
Der Eingang des Hybridmoduls kann über den Torsionsschwingungsdämpfer mit ersten Reiblamellen der Kupplung verbunden sein. Bei den ersten Reiblamellen kann es sich um radial innere Reiblamellen (Innenlamellen) handeln. Die ersten Reiblamellen wirken mit zweiten Reiblamellen zusammen, die in Bezug auf die ersten Reiblamellen radial außerhalb angeordnet sind (Außenlamellen). Die zweiten Reiblamellen können mittelbar oder unmittelbar mit dem Rotor verbunden sein. Die zweiten Reiblamellen drehen sich somit stets mit der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine.
Bei den ersten oder zweiten Lamellen kann es sich um Belaglamellen handeln, die auf beiden Seiten mit einem Reibbelag versehen sind. Den Belaglamellen stehen als Reibpartner Stahl- oder Gusslamellen gegenüber (zweite bzw. erste Lamellen), über die primär die entstehende Wärme abgeführt wird. Da Stahl- oder Gusslamellen eine höhere Massenträgheit haben als die Belaglamellen werde sie vorzugsweise (aus Dynamikgründen) auf der bei geöffneter Kupplung stehende Welle angeordnet.
Der Rotor der elektrischen Maschine wiederum kann mittelbar oder unmittelbar mit dem Ausgang des Hybridmoduls verbunden sein, der zur Drehkopplung mit einem Eingang des Getriebes vorgesehen ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse des Hybridmoduls eingangsseitig an ein Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors angeflanscht und ausgangsseitig an ein Gehäuse des Getriebes. Das Gehäuse des Hybridmoduls kann unmittelbar oder über einen Adapterring an das Kurbelgehäuse angeflanscht sein. Durch Verwendung eines Adapterrings kann das Hybridmodul mit verschiedenen Getriebetypen kombiniert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rotor der elektrischen Maschine im Gehäuse des Hybridmoduls über abgedichtete Lager in Bezug auf den Stator gelagert. Die elektrische Maschine bzw. der Stator der elektrischen Maschine kann als „Einheit” an das Gehäuse des Hybridmoduls bzw. an den Adapterring angeschraubt sein.
Zur Abhebung der Reiblamellen auf einem dem Reiblamellen zugeordneten Innenlamellenträger bzw. Außenlamellenträger können Wellfedern oder Tangentialblattfedern vorgesehen sein.
Zur Betätigung der Trennkupplung ist, wie bereits erwähnt, eine Hydraulik vorgesehen. Die Hydraulik wird von einer Hydraulikpumpe mit Hydraulikdruck versorgt. Die Hydraulikpumpe wird von einem Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor, der zum Antrieb der Hydraulikpumpe verwendet wird, kann zusätzlich als Antriebsmotor einer Getriebeölpumpe des mit dem Hybridmodul verbundenen Getriebes verwendet werden. Der betreffende Elektromotor, die Hydraulikpumpe und die Getriebeölpumpe können außerhalb des Gehäuses des Hybridmoduls und außerhalb des Gehäuses des Getriebes angeordnet sein.
Mit der Erfindung werden insbesondere folgende Vorteile erreicht:

– Mit dem erfindungsgemäßen Hybridmodul kann ein herkömmlicher Antriebsstrang hybridisiert werden, wobei das „Grundgetriebe” weitestgehend unverändert verwendet werden kann.
– Das bei einem herkömmlichen Antriebsstrang getriebeeingangsseitig angeordnete System zur Drehschwingungsreduzierung wird prinzipiell beibehalten, jedoch in das Hybridmodul integriert.
– Das Hybridmodul kann mit beliebigen Getrieben kombiniert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 das Grundprinzip der Erfindung in schematischer Darstellung; und
2 eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1.
1 zeigt einen Antriebsstrang 1 für ein Fahrzeug. Der Antriebsstrang 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 auf, dessen Kurbelwelle 3 mit einem Hybridmodul 4 drehgekoppelt ist, welches zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und einem Getriebe 5, das hier ein Automatikgetriebe ist, angeordnet ist.
Ein Eingang 6 des Hybridmoduls 4 ist über eine Längsverzahnung 7 und ein Schwungrad 8 mit der Kurbelwelle 3 des Verbrennungsmotors 2 drehgekoppelt. Ein Ausgang 9 des Hybridmoduls 4 ist mit einer Eingang 10 des Automatikgetriebes 5 verbunden. Der Eingang 10 des Automatikgetriebes 5 wiederum ist über einen Drehmomentwandler 11 und einen Drehschwingungsdämpfer 12 mit einer Antriebswelle 13 des Automatikgetriebes 5 verbunden.
Das Hybridmodul 4 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem eine elektrische Maschine EM, bestehend aus einem fest mit dem Gehäuse 14 verbundenen Stator 15 und einem relativ dazu drehbar angeordneten Rotor 16, angeordnet ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Gehäuse 14 des Hybridmoduls 4 an ein Gehäuse 17 des Automatikgetriebes 5 angeflanscht. Der Stator 15 kann z. B. über einen Adapterring, der zwischen dem Gehäuse 14 und dem Gehäuse 17 angeordnet sein kann, mit dem Gehäuse 17 verbunden sein.
Der Rotor 16 der elektrischen Maschine ist mit dem Ausgang 9 des Hybridmoduls verbunden und über Lager 18 in dem Gehäuse 14 drehbar gelagert.
An der Innenseite des Rotors 16 sind Außenlamellen 19 einer trockenen Mehrscheibenkupplung 20, die als Trennkupplung fungiert, angeordnet.
Den Außenlamellen 19 sind Innenlamellen 21 zugeordnet, die auf einem Lamellenträger 22 angeordnet sind. Der Lamellenträger 22 ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer 23 mit dem Eingang 6 des Hybridmoduls gekoppelt.
Die Trennkupplung 20 weist einen unbetätigten Grundzustand auf, in dem sie geschlossen ist und eine Drehmomentübertragung ermöglicht. Zum Öffnen der Trennkupplung 20 ist eine hier nur äußerst schematisch dargestellte Kupplungshydraulik 24 vorgesehen, die von einer Hydraulikpumpe 25, welche von einem Elektromotor 26 angetrieben wird, mit Hydraulikdruck versorgt wird.
Bei geöffneter Trennkupplung 20 sind die Reiblamellen 19, 21 vollständig voneinander getrennt, so dass Reibverluste nahezu vermieden werden. Bei geöffneter Trennkupplung 20 ist die Drehmomentverbindung zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebeeingang 10 unterbrochen.
Bei geschlossener Trennkupplung 20 kann Drehmoment von der Kurbelwelle 3 auf den Eingang 6 und über die Trennkupplung 20 und den Rotor 16 auf den Ausgang 9 und vom Ausgang 9 auf den Eingang 10 des Getriebes 5 übertragen werden. Zusätzlich kann dem vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmoment ein Drehmoment der elektrischen Maschine (elektromotorisches Antriebsmoment oder generatorisches Bremsmoment) überlagert werden.
Vollständigkeitshalber sei noch eine elektrische Getriebeölpumpe 27 erwähnt, die bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in das Automatikgetriebe 5 integriert ist.
2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1. Im Unterschied zu 1 treibt dort der Elektromotor 26 zusätzlich zur Hydraulikpumpe 25 auch eine Getriebeölpumpe 28 an, die hier außerhalb des Automatikgetriebes 5 angeordnet ist. Die elektrisch angetriebene Getriebeölpumpe soll bei geringen Eingangsdrehzahlen (oder einer Eingangsdrehzahl von Null) des Automatikgetriebes eine vorhandene mechanische Getriebeölpumpe ersetzen bzw. unterstützen.

Claims

Hybridmodul (4), das folgende Komponenten aufweist: – ein Gehäuse (14), – einen zur Drehkopplung mit einem Verbrennungsmotor (2) vorgesehenen Eingang (6), – einen zur Drehkopplung mit einem Eingang (10) eines Getriebes (5) vorgesehenen Ausgang (9), – eine in dem Gehäuse (14) angeordnete elektrische Maschine (EM) mit einem Stator (15) und einem radial innerhalb des Stators (15) angeordneten Rotor (16), – wobei in Radialrichtung und in Axialrichtung innerhalb des Rotors (16) eine Trennkupplung (20) und ein Torsionsschwingungsdämpfer (23) angeordnet ist.
Hybridmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (20) mehrere Reiblamellenpaare (19, 21) aufweist.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (20) in einem unbetätigten Grundzustand geschlossen ist.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulik (24) zum Öffnen der Trennkupplung (20) vorgesehen ist.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reiblamellen (19, 21) im geöffneten Zustand der Trennkupplung (20) vollständig getrennt sind.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (6) des Hybridmoduls (4) über den Torsionsschwingungsdämpfer (23) mit ersten Reiblamellen (21) der Trennkupplung (20) verbunden ist.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Reiblamellen (19) der Trennkupplung mit dem Rotor (16) verbunden sind.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) des Hybridmoduls (4) eingangsseitig an ein Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors (2) und ausgangseitig an ein Gehäuse (17) des Getriebes (5) angeflanscht ist.