DE102011103771A1

DE102011103771A1 - Antriebsbaugruppe

Info

Publication number: DE102011103771A1
Application number: DE102011103771A
Authority: DE
Inventors: Johannes Lamers
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-01-12
Also published as: WO2012075974A3; WO2012075974A2; DE112011102232A5

Abstract

Antriebsbaugruppe, die einen ersten Motor und wenigstens einen zweiten Motor aufweist, wobei die Motoren bei insbesondere hoher Leistungsanforderung (Boost-Betrieb) koppelbar sind, derart, dass die Antriebsleistung durch beide Motoren bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor und der zweite Motor über zwei zueinander parallele Antriebsstränge miteinander koppelbar sind, wobei in einem ersten Antriebsstrang ein erster Freilauf und in einem zweiten Antriebsstrang ein zweiter Freilauf angeordnet ist und wobei die Freiläufe bei unterschiedlichen Drehzahlen sperren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsbaugruppe, welche insbesondere für einen PKW oder LKW Anwendung findet.
Es sind Antriebsbaugruppen bekannt, die einen ersten und einen zweiten Motor aufweisen und bei hoher Leistungsanforderung (Boost-Betrieb) die Antriebsleistung durch beide Motoren bereitstellt.
Aus DE 10 2009 035 083 A1 ist beispielsweise ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, der eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, deren Kurbelwelle über eine erste Schaltkupplung mechanisch mit einer Getriebeeingangswelle eines Automatikgetriebes verbunden ist. Eine Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine ist von der Kurbelwelle über ein Automatikgetriebe auf einen Kraftfahrzeugantrieb übertragbar. Der Antriebsstrang weist ferner mindestens eine als Elektromotor und Generator betreibbare erste Elektromaschine auf, wobei die erste Elektromaschine mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine über eine zweite Schaltkupplung mechanisch verbindbar ist. Die erste Elektromaschine und die zweite Schaltkupplung sind auf der dem Automatikgetriebe gegenüberliegenden Seite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Zusätzlich weist der Antriebsstrang eine zweite Elektromaschine auf, wobei ein Rotor der zweiten Elektromaschine mit der Getriebeeingangsweile des Automatikgetriebes fest verbunden ist, so dass das Kraftfahrzeug ausschließlich mit der zweiten Elektromaschine antreibbar ist. Die zweite Elektromaschine ist elektrisch mit der ersten Elektromaschine verbunden und eine elektrische Speichereinheit ist von den beiden Elektromaschinen aufladbar. Eine gespeicherte Energie der elektrischen Speichereinheit kann an die beiden Elektromaschinen abgegeben werden. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten wird das Kraftfahrzeug in einem parallelen Hybridbetrieb gemeinsam von der als Elektromotor betriebenen zweiten Elektromaschine und der Verbrennungskraftmaschine betrieben, wobei die Verbrennungskraftmaschine ihre Antriebsleistung mechanisch auf das Kraftfahrzeug überträgt. Zusätzlich kann die erste Elektromaschine bei geschlossener zweiter Schaltkupplung motorisch betrieben werden. Die erste Schaltkupplung ist in diesem Betriebszustand geschlossen. Mit dem Antriebsstrang ist somit neben einer Start-Stopp-Funktion und einer Rekuperation von Bremsenergie auch eine Boost-Funktion möglich.
Es sind auch Antriebanordnungen bekannt, die zwei miteinander koppelbare Verbrennungsmotoren und eventuell zusätzlich eine oder mehrere Elektromaschinen aufweisen ( WO2008/107061A1 , DE 31 33 892 A1 , EP 1 731 345 A1 ).
Im Boost-Betrieb mit zwei Verbrennungsmotoren ist es dabei wichtig, dass die Motoren drehzahl- und winkelsynchron laufen. Bei bekannten Systemen werden dafür Reibbelagskupplungen mit externer Betätigung eingesetzt, wofür jedoch ein relativ hoher Aufwand für Kupplung und Betätigung der Kupplung erforderlich und auch eine Regelung der Kupplung notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, zwischen den Motoren für die Boost-Funktion eine Verbindung zu schaffen, die einerseits auf eine Reibbelagskupplung verzichtet und vollautomatisch ohne Eingriff von außen die beiden Aufgaben Drehzahl- und Winkelsynchronisation nacheinander ablaufen lässt.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Antriebsbaugruppe weist einen ersten Motor und wenigstens einen zweiten Motor auf, wobei die Motoren bei insbesondere hoher Leistungsanforderung (Boost-Betrieb) koppelbar sind, derart, dass die Antriebsleistung durch beide Motoren (1.2) bereitgestellt wird, wobei der erste Motor (z. B. Verbrennungsmotor) und der zweite Motor (Boost-Motor – z. B. Elektromotor) über zwei zueinander parallele Antriebsstränge miteinander koppelbar sind und wobei in einem ersten Antriebsstrang ein erster Freilauf und in einem zweiten Antriebsstrang ein zweiter Freilauf angeordnet ist und wobei die Freiläufe bei unterschiedlichen Drehzahlen sperren.
Durch diese neuartige konstruktive Koppelung der Motoren ist es möglich, unter Verzicht auf Reibbelagkupplungen zwischen den Motoren eine Verbindung zu schaffen, und dies voll automatisch und ohne Eingriff von außen.
Bevorzugt ist der erste Antriebsstrang ein direkter Antriebsstrang, in den als erster Freilauf ein Klinkenfreilauf integriert ist, der nur sperrt, wenn der zweite Motor schneller als der erste Motor läuft. Bevorzugt sperrt der erste Freilauf (Klinkenfreilauf) dabei nur an einer Winkelposition pro Relativumdrehung.
Es ist möglich, in den direkten ersten Antriebsstrang zusätzlich zum ersten Freilauf ein Übersetzungsgetriebe mit einer Übersetzung i einzubauen.
In dem zweiten Antriebsstrang ist zwischen dem zweiten Freilauf und dem zweiten Motor eine Übersetzungsstufe vorgesehen, deren Übersetzung um einen kleinen Betrag ε über der Übersetzung im direkten ersten Antriebsstrang (S1) liegt, wobei der zweite Freilauf nur sperrt, wenn die Drehzahl des zweiten Motors um den Faktor 1 + ε höher ist als die Drehzahl des ersten Motors.
Ist der zweite Freilauf im zweiten Antriebsstrang gesperrt, was bei einem Drehzahlverhältnis erster Motor/zweiter Motor bei einem Faktor 1 + ε der Fall ist, läuft der erste Freilauf (Klinkenfreilauf) mit dem Schlupf ε bis dessen Klinken einrasten.
Erfolgt das Einrasten des ersten Freilaufes (Klinkenfreilauf), ist eine Drehzahl- und Winkelsynchronität erreicht und der erste Freilauf (Klinkenfreilauf) entsperrt, worauf zum Zeitpunkt der Drehzahlsynchronisation das Moment des zweiten Motors zurückgenommen werden kann, um den Komfort zu erhöhen.
Die Übersetzungsstufe kann z. B. eine Zahnradstufe nach dem Stand der Technik und der zweite Freilauf ein herkömmlicher Freilauf sein.
Der Klinkenfreilauf ist eine Spezialausführung und verwendet insbesondere drei um 120° versetzte Sperrklinken, wodurch keine resultierenden Kräfte auf die Achse übertragen werden. Die Sperrklinken laufen bevorzugt axial versetzt in 3 Spuren, so dass jeweils jede Sperrklinke 1 nur in eine bestimmte, mit dieser korrespondierende Ausnehmung und nicht in eine Ausnehmung einer anderen Sperrklinke eingreifen kann (und umgekehrt). Dadurch ist das Einrasten nur alle 360° auch bei drei Klinken gewährleistet. Damit der Klinkenfreilauf bei Alleinbetrieb von Motor 1 nicht schleppt und Geräusche verursacht, sind die Sperrklinken am Innenring, der mit dem zweiten Motor 2 verbunden ist, angebracht.
Erst durch die Fliehkraft fahren die Sperrklinken aus, wenn der zweite Motor startet und eine gewisse Drehzahl überschreitet. Durch Rückholfedern fahren sie beim Abstellen von Motor 2 wieder ein.
Bei der neuartigen erfindungsgemäßen Lösung ist somit der Boost-Motor (zweiter Motor) über einen Klinkenfreilauf mit dem ersten Motor (z. B. Verbrennungsmotor) verbunden und der Klinkenfreilauf kann nur sperren, wenn der Boost-Motor schneller läuft als der erste Motor. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dadurch mit geringen Reibungsverlusten einen Boost-Motor zuschalten, wobei die Drehzahl- und Winkelsynchronisation automatisch ohne Eingriff von außen nacheinander abläuft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert:
Es zeigen:
1 die Prinzipdarstellung der Antriebsbaugruppe,
2 den drehzahlabhängigen zeitlichen Ablauf,
3 die Prinzipdarstellung des Klinkenfreilaufes im Teillängsschnitt.
Gemäß 1 ist in einem direkten ersten Antriebsstrang S1 der zweite Motor 2 über einen ersten Freilauf 3 in Form eines Klinkenfreilaufes 3 mit dem ersten Motor 1 verbunden. Der erste Freilauf (Klinkenfreilauf) kann nur sperren, wenn der zweite Motor 2 schneller als der erste Motor 1 läuft. Der erste Freilauf 3 (Klinkenfreilauf) kann nur an einer Winkelposition pro Relativumdrehung sperren. Allernativ kann im direkten Strang auch ein Übersetzungsgetriebe mit der Übersetung i (s. 3) eingebaut sein.
In einem zweiten Antriebsstrang S2 wird der zweite Motor 2 über eine Übersetzung i*, die um einen kleinen Betrag ε über der Übersetzung i im direkten Strang liegt, mit einem herkömmlichen zweiten Freilauf 4 verbunden. Der zweite Freilauf 4 sperrt, wenn die Drehzahl des zweiten Motors 2 um den Faktor 1 + ε höher als die Drehzahl des ersten Motors 1 ist. Die Drehzahl n in Anhängigkeit von der Zeit t und somit der zeitliche Ablauf ist gemäß 2 folgender:
Bereich 1: erster Motor 1 dreht, zweiter Motor 2 steht.
Bereich 2: zweiter Motor 2 wird gestartet und überholt den ersten Motor 1, bis seine Drehzahl n um den Faktor 1 + ε höher ist.
Bereich 3: Der zweite Freilauf 4 sperrt und friert das Drehzahlverhältnis Motor 2/Motor 1 auf den Faktor 1 + ε ein. Der erste Freilauf 3 (Klinkenfreilauf) läuft nun mit dem Schlupf ε, bis die Klinken einrasten.
Bereich 4: Durch das Einrasten des ersten Freilaufes 3 (Klinkenfreilaufs) ist die Drehzahl- und Winkelsynchronizität erreicht, der erste Freilauf 3 entsperrt.
Idealerweise wird zum Zeitpunkt der Drehzahlsynchronisation (Bereich 4) das Moment des zweiten Motors 2 zurückgenommen, um den Komfort zu erhöhen.
In 3 ist ein Teillängsschnitt der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt.
Der erste Freilauf 3 (Klinkenfreilauf) steht einerseits mit einem Schwungrad 1.2 des ersten Motors und andererseits einer Getriebeübersetzung 12 mit der Übersetzung i zum zweiten Motor 2 in Wirkverbindung. Der zweite Freilauf 4 sitzt zwischen der Welle 1.1 des ersten Motors 1 und einer Übersetzungsstufe 5 mit i*(1 + ε), mit der der zweite Motor 2 in Verbindung steht.
Bezugszeichenliste

1: erster Motor
1.1: Welle
1.2: Schwungrad
2: zweiter Motor
3: erster Freilauf
4: zweiter Freilauf
5: Übersetzungsstufe
6: Lager
S1: erster Antriebsstrang
S2: zweiter Antriebsstrang

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 102009035083 A1 [0003]
WO 2008/107061 A1 [0004]
DE 3133892 A1 [0004]
EP 1731345 A1 [0004]

Claims

Antriebsbaugruppe, die einen ersten Motor (1) und wenigstens einen zweiten Motor (2) aufweist, wobei die Motoren bei insbesondere hoher Leistungsanforderung (Boost-Betrieb) koppelbar sind, derart, dass die Antriebsleistung durch beide Motoren (1.2) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, das der erste Motor (1) und der zweite Motor (2) über zwei zueinander parallele Antriebsstränge (S1, S2) miteinander koppelbar sind, wobei in einem ersten Antriebsstrang (S1) ein erster Fraulauf (3) und in einem zweiten Antriebsstrang (S2) ein zweiter Freilauf (4) angeordnet ist und wobei die Freiläufe (3, 4) bei unterschiedlichen Drehzahlen sperren.
Antriebsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (S1) ein direkter Antriebsstrang ist und dass der erste darin angeordnete Freilauf (3) ein Klinkenfreilauf ist.
Antriebsbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Freilauf (3) (Klinkenfreilauf) sperrt, wenn der zweite Motor (2) schneller als der erste Motor (1) läuft.
Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Freilauf (3) (Klinkenfreilauf) nur an einer Winkelposition pro Relativumdrehung sperrt.
Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im direkten ersten Antriebsstrang (S1) zusätzlich zum ersten Freilauf (3) ein Übersetzungsgetriebe mit einer Übersetzung i integriert ist.
Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Motor (2) über eine im zweiten Antriebsstrang (S2) angeordnete Übersetzungsstufe (5) mit dem zweiten Freilauf (4) verbunden ist.
Antriebsbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung der Übersetzungsstufe (5) um einen kleinen Betrag ε über der Übersetzung im direkten ersten Antriebsstrang (S1) liegt und dass der zweite Freilauf (4) nur sperrt, wenn die Drehzahl des zweiten Motors (2) um den Faktor 1 + ε höher als die Drehzahl des ersten Motors (1) ist.
Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Sperren des zweiten Freilaufes (4) das Drehzahlverhältnis erster Motor (1)/zweiter Motor (2) auf den Faktor 1 + ε festgelegt ist und der erste Freilauf (1) (Klinkenfreilauf) mit dem Schlupf ε läuft, bis dessen Klinken einrasten.
Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einrasten des ersten Freilaufes (1) (Klinkenfreilauf) eine Drehzahl- und Winkelsynchronizität erreicht ist und der erste Freilauf (3) entsperrt.
Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zeitpunkt der Drehzahlsynchronisation das Moment des zweiten Motors (2) zurückgenommen ist.