DE102011010085A1 - Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine und elektrischer Maschine - Google Patents
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Abstract
Bei einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (10) und einer elektrischen Maschine (16) ist die elektrische Maschine (16), um als Starter für die Verbrennungskraftmaschine arbeiten zu können, über einen Riementrieb (18, 20, 36) und ein Planetengetriebe (22) mit der Verbrennungskraftmaschine (10) gekoppelt. Der Riementrieb (18, 20, 24) dient vorliegend gleichzeitig dazu, eine vorzugsweise parallel zur Kurbelwelle (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) angeordnete Welle anzutreiben, damit an der Verbrennungskraftmaschine (10) vorbei zwischen Rädern des Kraftfahrzeugs und der elektrischen Maschine (16) Drehmoment übertragen werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, das neben einer Verbrennungskraftmaschine (welche eine Kurbelwelle dreht) eine elektrische Maschine aufweist. Ausgegangen ist davon, dass die elektrische Maschine beim Starten der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt wird. Aus diesem Grund ist sie an einer Seite der Kurbelwelle bzw. der Verbrennungskraftmaschine angekoppelt, die der Seite eines Antriebsstrangs zum Beaufschlagen zumindest eines Rades mit Drehmoment abgewandt ist.
- Aus der
DE 199 41 705 A1 ist es bekannt, eine solche elektrische Startermaschine über ein Planetengetriebe mit der Verbrennungskraftmaschine zu koppeln. Es können im Bereich des Planetengetriebes geeignete Kupplungen vorgesehen sein. - Die
WO 2005/095141 A1 - Bei der Anordnung gemäß der
WO 2005/095141 A1 - Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine und elektrischer (Starter-)Maschine weiter zu verbessern.
- Die Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Eigenschaften des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9 und 10 gelöst.
- Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist somit eine Verbrennungskraftmaschine zum Drehen einer Kurbelwelle auf, die an einer ersten Seite der Verbrennungskraftmaschine mit einem Antriebsstrang für zumindest ein Rad gekoppelt ist, und die mit einer zweiten Seite der Verbrennungskraftmaschine über ein Planetengetriebe mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, wobei ein drehbares erstes Element des Planetengetriebes über eine erste Kupplung mit einem karosseriefesten Bauteil des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, um an seiner Drehung gehindert zu werden, und wobei die elektrische Maschine über ein weiteres Getriebe und über eine zweite Kupplung mit einer weiteren Welle koppelbar ist, die mit dem Antriebsstrang koppelbar oder verbunden ist, derart, dass bei geöffneter erster Kupplung und geschlossener zweiter Kupplung Drehmoment zwischen der elektrischen Maschine und dem zumindest einen Rad unmittelbar (d. h. an der Verbrennungskraftmaschine und ihrer Kurbelwelle vorbei) übertragbar ist.
- Durch die Erfindung wird eine sehr gute Anbindung der elektrischen Maschine über das Planetengetriebe an die Verbrennungskraftmaschine erreicht. Eine solche Anbindung ist, wie an sich aus der
DE 199 41 705 A1 bekannt, auch insbesondere dazu nutzbar, weitere Aggregate an das Planetengetriebe anzukoppeln; so kann beispielsweise ein Kompressor für die Klimatisierung des Kraftwagens durch die elektrische Maschine über das Planetengetriebe angetrieben werden. Gleichzeitig wird dabei in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass die Verbrennungskraftmaschine umgangen werden und die elektrische Maschine nicht nur ausschließlich als Starter benutzt werden kann, sondern auch zum Antreiben des Kraftfahrzeugs; und genauso auch als Generator zum Rekuperieren von Energie, die aus dem Antriebsstrang unmittelbar, ohne Umweg über die Verbrennungskraftmaschine, zuführbar ist. Durch die beiden Kupplungen ist dabei ein hervorragender Weg bereitgestellt, wie die Umgehung der Verbrennungskraftmaschine aktiviert und deaktiviert werden kann. - Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das weitere Getriebe einen Riementrieb, der eine von der elektrischen Maschine gedrehte Riemenscheibe und eine sich mit der weiteren Welle gedrehte Riemenscheibe und weiterhin einen Riemen umfasst, der naturgemäß mit den beiden Riemenscheiben kämmt und es so ermöglicht, dass sich die eine Riemenscheibe mit der anderen Riemenscheibe mitdreht, sodass Drehmoment über den Riementrieb übertragen werden kann.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner das erste Element ein Element aus der Gruppe von einem Hohlrad oder einem Sonnenrad des Planetengetriebes. Die elektrische Maschine ist mit dem anderen Element aus der Gruppe verbunden. Wenn also das Hohlrad mit dem karosseriefesten Bauteil des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, dann ist die elektrische Maschine mit dem Sonnenrad verbunden, wenn das Sonnenrad mit dem karosseriefesten Bauteil des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, dann ist die elektrische Maschine mit dem Hohlrad verbunden. Die elektrische Maschine ist dann bei dieser bevorzugten Ausführungsform ferner über eine Freilaufkupplung mit einem Planetenträger des Planetengetriebes gekoppelt, und die Planetenräder sind wiederum mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt.
- Über die Freilaufkupplung kann Drehmoment von der elektrischen Maschine zur Verbrennungskraftmaschine und umgekehrt übertragen werden. Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass die elektrische Maschine die Verbrennungskraftmaschine überholt, wenn nämlich die elektrische Maschine mit einer höheren Drehzahl dreht, als es die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, multipliziert mit der Übersetzung des Planetengetriebes zwischen dem anderen Element aus der Gruppe und den Planetenrädern, ist.
- Bei dieser bevorzugten Ausführungsform in Kombination mit der zuvor genannten bevorzugten Ausführungsform, bei der der Riementrieb vorgesehen ist, ist bevorzugt dasjenige Element, mit dem die elektrische Maschine verbunden ist, mit einer Riemenscheibe versehen, und vorzugsweise ist diese Riemenscheibe ebenfalls mit dem Riemen des weiteren Getriebes gekoppelt. Dadurch kann dann die elektrische Maschine über denselben Riementrieb sowohl das betreffende Element als auch die weitere Welle zum Drehen bringen. Natürlich ist es auch möglich, dass hier zwei Riemen verwendet werden, nämlich ein Riemen zwischen der elektrischen Maschine und dem Element, und ein Riemen zwischen der elektrischen Maschine und der Riemenscheibe auf der weiteren Welle.
- Die Anbindung der weiteren Welle erfolgt vorzugsweise so, dass die weitere Welle in ein Differenzial des Antriebsstrangs arbeitet. Insbesondere bei einem im frontseitigen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordneten Antrieb mit Verbrennungskraftmaschine und elektrischer Maschine liegt das Vorderraddifferenzial typischerweise in geeigneter Nähe, sodass aus Bauraumgründen die weitere Welle bevorzugt hier eingreift. Das Eingreifen der weiteren Welle in das Differenzial erfolgt bevorzugt über ein Kegelradschraubgetriebe, weil dieses sehr effizient mit einem Wechsel in der Drehachse einher geht. Hierbei kann die weitere Welle mit einem Kegelrad des Kegelradschraubgetriebes steckverzahnt gekoppelt sein, wodurch eine einfache Montage ermöglicht ist.
- In an sich aus der
WO 2005/095141 A1 - Das erfindungsgemäße Verfahren nach Patentanspruch 9 beinhaltet, dass zum Zwecke eines Rekuperierens von Energie bei einem Ausrollen oder Bremsen des Kraftfahrzeugs die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen wird, sodass Drehmoment von dem zumindest einen Rad der elektrischen Maschine über die weitere Welle zugeführt werden kann, und wobei die elektrische Maschine dann als Generator arbeiten kann, der die beim Rekuperieren gewonnene elektrische Energie in Form von elektrischem Strom einer Batterie oder einem sonstigen Energiespeicher zuführt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 10 beinhaltet, dass zum Zwecke des Antreibens des zumindest einen Rades die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen wird. Hier arbeitet die elektrische Maschine als Elektromotor, der an der Verbrennungskraftmaschine vorbei arbeitet. Dies kann insbesondere bei vorbestimmten Bedingungen geschehen, z. B. wenn die Verbrennungskraftmaschine ausgeschaltet ist und die Stellung eines Fahrgeschwindigkeitspedals („Gaspedals”) eine vorbestimmte Stellung nicht überschreitet (wenn also der Fahrer nur langsam fahren möchte).
- Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
-
1 eine erfindungsgemäß bereitgestellte Anordnung in schematischer Darstellung und in Draufsicht veranschaulicht, -
2 ein in der Anordnung aus1 eingesetztes Getriebe in schematischer Detaildarstellung ebenfalls in Draufsicht veranschaulicht, -
3 eine Vorderansicht auf das Getriebe aus1 ist, und -
4 den Kraftfluss bei einem elektrischen Antreiben der Räder durch eine elektrische Maschine bei dem Getriebe aus2 veranschaulicht, und -
5 den Kraftfluss bei einem Rekuperieren von Energie aus den Rädern in die elektrische Maschine bei dem Getriebe aus2 veranschaulicht. - Eine Verbrennungskraftmaschine
10 bringt eine Kurbelwelle12 zum Drehen, die über ein Vorderraddifferenzial14 auf Räder des Kraftfahrzeugs wirkt. Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine ist eine elektrische Maschine16 vorgesehen, die eine Riemenscheibe18 dreht, sodass ein Riemen20 über ein Planetengetriebe22 die Kurbelwelle12 drehen kann. - Über denselben Riemen
20 oder einen in der Figur nicht gezeigten weiteren Riemen kann die elektrische Maschine16 auch eine Riemenscheibe24 und somit eine weitere Welle26 drehen, die über eine Kupplung28 mit der Riemenscheibe24 und damit der elektrischen Maschine16 kuppelbar ist. Die Welle26 ist mit einem Kegelrad30 steckverzahnt, das Teil eines Kegelradschraubgetriebes32 ist, welches in das Vorderraddifferenzial14 einkoppelt. Durch die weitere Welle26 kann die Kurbelwelle12 umgangen werden, die elektrische Maschine16 kann dann die Räder antreiben. - Das Planetengetriebe
22 besteht (2 ) aus einem Sonnenrad34 , das mit einer Riesenscheibe36 gekoppelt ist, die vorliegend über den Riemen20 angetrieben wird. Die Planetenräder38 des Getriebes sind gemeinsam über einen Planetenträger40 miteinander gekoppelt, der an die Kurbelwelle12 angebunden ist. Die Planetenräder38 sind auf der anderen Seite über einen weiteren Planetenträger40' miteinander gekoppelt, der an einem Lager42 gelagert ist und über einen Freilauf44 mit der Riemenscheibe36 und damit dem Sonnenrad34 gekoppelt ist. Der Freilauf44 ist derart orientiert, dass die elektrische Maschine16 die Verbrennungskraftmaschine10 überholen kann. - Zum Planetengetriebe
22 gehört ferner ein Hohlrad46 , das mittels einer Kupplung oder Bremse48 an einem bezüglich der Karosserie50 des Kraftfahrzeugs festen Bauteil fixiert werden kann. - Die Anordnung umfasst ferner einen Klimakompressor
52 (d. h. einen für die Klimatisierung des Kraftfahrzeugs eingesetzten Kompressor), der mit einer Riemenscheibe54 gekoppelt ist, die vorliegend über denselben Riemen20 angetrieben wird. - Die Anordnung mit dem Riemen
20 ist insbesondere in3 dargestellt. Abweichend von der Darstellung kann auch die Riemenscheibe18 über einen gesonderten Riemen mit der Riemenscheibe54 gekoppelt sein, genauso auch über einen gesonderten Riemen mit der Riemenscheibe24 gekoppelt sein. - Durch geeignete Ausnutzung des Freilaufs
44 und der Kupplung48 sind verschiedene Betriebsmodi denkbar, z. B. das eigentliche Starten der Verbrennungskraftmaschine10 durch die elektrische Maschine16 , ein Boosten im laufenden Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, ein Rekuperieren, bei dem die elektrische Maschine16 als Generator arbeitet. Es ist auch eine Standklimatisierung möglich, bei der die elektrische Maschine16 lediglich den Kompressor42 antreibt die Verbrennungskraftmaschine10 nicht arbeitet. - Vorliegend von Interesse ist es, wenn die weitere Welle
26 zum Drehen gebracht wird. Zu diesem Zweck muss die erste Kupplung48 geöffnet sein, die zweite Kupplung28 geschlossen sein. - Es sind zwei Betriebsmodi möglich: Anhand von
4 wird erläutert, dass durch die elektrische Maschine16 ein Drehmoment über den Riementrieb mit der Riemenscheibe18 , dem Riemen20 und der Riemenscheibe24 auf die weitere Welle26 übertragen werden kann, die dann über das Kegelradschraubgetriebe das Drehmoment in das Vorderraddifferenzial14 einbringt und damit an die Räder des Kraftfahrzeugs. - Der Kraftfluss ist bei einem Rekuperieren gemäß
5 genau umgekehrt: Wird das Kraftfahrzeug gebremst oder rollt es aus, können die Räder des Kraftfahrzeugs in umgekehrter Wirkungsweise wie oben zu4 beschrieben gemäß5 Drehmoment auf die elektrische Maschine16 übertragen, die dann als Generator arbeitet, der Energie in Form von elektrischem Strom gewinnt und einem in der Figur nicht gezeigten Energiespeicher zuführt. - Die Verbrennungskraftmaschine kann im Fall der
4 ausgeschaltet sein, im Fall der5 ausgeschaltet sein oder mit Teillast betrieben werden. Auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine10 kommt es nämlich nicht an, weil das Hohlrad46 sich durch das Lösen der Kupplung48 frei dreht und die Drehung der Planetenräder38 ausgleicht. - Durch die vorliegende Anordnung wird ein Hybridantrieb bereitgestellt, bei dem die elektrische Maschine
16 , die an sich zunächst als elektrische Startermaschine für die Verbrennungskraftmaschine10 vorgesehen ist, gleichzeitig auch unmittelbar die Räder des Kraftfahrzeugs antreiben kann und genauso ein weiteres Aggregat, nämlich den Klimakompressor, antreiben kann. - 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
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- WO 2005/095141 A1 [0003, 0004, 0014]
Claims (10)
- Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (
10 ) zum Drehen einer Kurbelwelle (12 ), die an einer ersten Seite der Verbrennungskraftmaschine mit einem Antriebsstrang (14 ) für zumindest ein Rad gekoppelt ist, und die an einer zweiten Seite der Verbrennungskraftmaschine (10 ) über ein Planetengetriebe (22 ) mit einer elektrischen Maschine (16 ) gekoppelt ist, wobei ein drehbares erstes Element (46 ) des Planetengetriebes über eine erste Kupplung oder Bremse (48 ) mit einem karosseriefesten Bauteil (50 ) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, um an seiner Drehung gehindert zu werden, und wobei die elektrische Maschine (16 ) über ein weiteres Getriebe (18 ;20 ;24 ) und über eine zweite Kupplung (28 ) mit einer weiteren Welle (26 ) koppelbar ist, die mit dem Antriebsstrang koppelbar oder verbunden ist, derart, dass bei geöffneter erster Kupplung oder Bremse (48 ) und geschlossener zweiter Kupplung (28 ) Drehmoment zwischen der elektrischen Maschine (16 ) und dem zumindest einen Rad unmittelbar übertragbar ist. - Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem das weitere Getriebe einen Riementrieb umfasst, der eine von der elektrischen Maschine gedrehte Riemenscheibe (
18 ) und eine sich mit der weiteren Welle drehende Riemenscheibe (24 ) und einen Riemen (20 ) umfasst. - Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste Element ein Element aus der Gruppe von Hohlrad (
48 ) und einem Sonnenrad des Planetengetriebes ist und die elektrische Maschine mit dem anderen Element (34 ) aus der Gruppe verbunden ist, und wobei die elektrische Maschine (16 ) ferner über eine Freilaufkupplung (44 ) mit einem Planetenträger (40' ) des Planetengetriebes (22 ) gekoppelt ist und die Planetenräder (38 ) mit der Kurbelwelle (12 ) gekoppelt sind. - Kraftfahrzeug nach Anspruch 3 in dessen Rückbezug auf Anspruch 2, bei dem das andere Element (
34 ) eine Riemenscheibe (36 ) trägt, die vorzugsweise mit dem Riemen (20 ) des weiteren Getriebes gekoppelt ist. - Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die weitere Welle (
26 ) in ein Differenzial (14 ) des Antriebsstrangs arbeitet. - Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem die weitere Welle (
26 ) über ein Kegelradschraubgetriebe (32 ) mit dem Differenzial (14 ) gekoppelt ist. - Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, bei dem die weitere Welle (
26 ) mit einem Kegelrad (30 ) des Kegelradschraubgetriebes steckverzahnt gekoppelt ist. - Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die weitere Welle (
26 ) parallel zur Kurbelwelle verläuft. - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das die Merkmale gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei bei dem Verfahren zum Zwecke eines Rekuperierens von Energie bei einem Ausrollen oder Bremsen des Kraftfahrzeugs die erste Kupplung (
48 ) geöffnet und die zweite Kupplung (28 ) geschlossen wird. - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das die Merkmale gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei bei dem Verfahren zum Zwecke eines Antreibens des zumindest einen Rades die erste Kupplung (
48 ) geöffnet und die zweite Kupplung (28 ) geschlossen wird.
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