DE102012000247A1

DE102012000247A1 - Anfahr-/Trennkupplung für P2-Hybrid-Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102012000247A1
Application number: DE102012000247A
Authority: DE
Inventors: James M. Hart; Edwin T. Grochowski; Anthony L. Smith
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2012-07-12
Also published as: CN102588464A; CN102588464B; US8813935B2; US20120175212A1

Abstract

Eine Anfahr- und Trennkupplung für den Elektromotor eines P2-Hybrid-Antriebsstrangs ist kompakt und schafft einen verbesserten Betrieb. Die Kupplung ist zwischen der Kraftmaschine und dem Getriebe in dem früher vom Drehmomentwandler belegten Raum angebracht. Die Kupplungsanordnung ist so konfiguriert, dass die Betätigung, Kompensation und Kühlung durch nur zwei Ölkanäle geschaffen werden. Die Kupplung verwendet einseitige Reaktionsplatten, die eine hohe Kupplungsverstärkung erreichen, wodurch eine hohe Drehmomentkapazität unter dem elektrischen Betrieb und verbesserte Anfahrflattereigenschaften geschaffen werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung lfd. Nr. 61/432,178, eingereicht am 12. Januar 2011, die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kupplung für einen P2-Hybrid-Antriebsstrang und insbesondere auf eine Anfahr- und Trennkupplung für einen P2-Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
Eine umfangreiche Konstruktions- und Entwurfsanstrengung wird gegenwärtig auf Hybrid-Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, gerichtet. Eines der vielversprechendsten und aktivsten Gebiete beinhaltet das Hinzufügen eines Elektromotors und einer zugehörigen Batterie und eines elektronischen Controllers zu einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, um das Drehmoment für Anfahrvorgänge zu ergänzen, damit eine kleinere Brennkraftmaschine im Fahrzeug verwendet werden kann. Kraftmaschinen mit niedriger PS-Leistung und kleinerem Hubraum schaffen üblicherweise eine verbesserte Kraftstoffsparsamkeit gegenüber größeren Kraftmaschinen, und schaffen, wenn sie durch einen Elektromotor für das Fahrzeuganfahren ergänzt werden, eine vollständig zufriedenstellende Gesamtleistung.
Folglich beginnen viele Hybrid-Antriebsstränge als Anpassungen von herkömmlichen und existierenden Antriebssträngen unter Verwendung einer Brennkraftmaschine und eines Getriebes mit einem Drehmomentwandler und mehreren Planetenradanordnungen. In diesen Antriebsstrang werden ein Elektromotor und eine geeignete Anfahr- und Trennkupplung hinzugefügt. Häufig wird der Drehmomentwandler entfernt. Das Hinzufügen ist jedoch nicht ohne signifikante Herausforderungen, da Einschränkungen wie die axiale Länge, der Gehäuseaußendurchmesser, die Kupplungsbetätigung, die Kupplungskühlung und -integration in die existierenden Antriebsstrangkomponenten angegangen und gelöst werden müssen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Anfahr- und Trennkupplung für einen P2-Hybrid-Antriebsstrang gerichtet, die die vorstehend umrissenen Herausforderungen angeht und löst.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung schafft eine Anfahr- und Trennkupplung für den Elektromotor eines P2-Hybrid-Antriebsstrangs. Die Kupplung ist zwischen der Kraftmaschine und dem Getriebe in dem Raum angebracht, der früher durch den Drehmomentwandler belegt war. Die Kupplungsanordnung ist so konfiguriert, dass die Betätigung, Kompensation und Kühlung durch nur zwei Ölkanäle geschaffen werden. Die Kupplung verwendet einseitige Reaktionsplatten, die eine hohe Kupplungsverstärkung erzielen, wodurch eine hohe Drehmomentkapazität während des elektrischen Betriebs und verbesserte Anfahrflattereigenschaften geschaffen werden.
Folglich ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Anfahr- und Trennkupplung für einen P2-Hybrid-Antriebsstrang zu schaffen.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Anfahr- und Trennkupplung für den Elektromotor eines P2-Hybrid-Antriebsstrangs zu schaffen.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Anfahr- und Trennkupplung zum Montieren zwischen der Kraftmaschine und dem Getriebe eines Hybrid-Antriebsstrangs zu schaffen.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Anfahr- und Trennkupplung für einen P2-Hybrid-Antriebsstrang in dem Raum, der typischerweise vom Drehmomentwandler belegt ist, zu schaffen.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Anfahr- und Trennkupplung für einen P2-Antriebsstrang zu schaffen, die so konfiguriert ist, dass die Betätigung, Kompensation und Kühlung durch nur zwei Ölkanäle geschaffen werden.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Anfahr- und Trennkupplung für einen P2-Antriebsstrang unter Verwendung von einseitigen Reaktionsplatten, die eine hohe Kupplungsverstärkung erzielen, zu schaffen.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Anfahr- und Trennkupplung für einen P2-Antriebsstrang unter Verwendung von einseitigen Reaktionsplatten, die eine hohe Kupplungsverstärkung und Drehmomentkapazität unter dem elektrischen Betrieb und ein verringertes Anfahrflattern erzielen, zu schaffen.
Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur für Erläuterungszwecke bestimmt und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht begrenzen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur für Erläuterungszwecke und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung keineswegs begrenzen.
1 ist ein Blockdiagramm eines P2-Hybrid-Antriebsstrangs, der die vorliegende Erfindung beinhaltet;
2 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht eines Abschnitts eines P2-Hybrid-Antriebsstrang-Getriebes, das die vorliegende Erfindung beinhaltet; und
3 ist eine vergrößerte, bruchstückhafte, Schnittansicht einer Anfahr-/Trennkupplung und eines Kompensators gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht begrenzen.
In 1 ist ein P2-Hybrid-Antriebsstrang, der die vorliegende Erfindung beinhaltet, allgemein dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der P2-Hybrid-Antriebsstrang 10 umfasst ein Antriebsaggregat 12 wie z. B. eine Gas-, Diesel- oder Flex-Fuel-Brennkraftmaschine. Das Antriebsaggregat 12 treibt direkt einen Dämpfer 14 an, der wiederum direkt ein Elektromotor- und Kupplungsmodul oder eine Elektromotor- und Kupplungsanordnung 16 antreibt. Der Ausgang der Elektromotor- und Kupplungsanordnung 16 treibt direkt ein Getriebe 18 an, das typischerweise mehrere Planetenradsätze (nicht dargestellt) umfasst, die ein Antriebsdrehmoment zu einer Ausgangswelle 20 liefern.
In den 2 und 3 umfasst das Antriebsaggregat 12 eine Kurbelwelle 22, die an einer Eingangsplatte 24 des Dämpfers 14 befestigt ist. Eine Ausgangsplatte 26 des Dämpfers 14 ist durch eine Keilverbindung 28 mit einer Kupplungs(eingangs)nabe 30 der Elektromotor- und Kupplungsanordnung 16 gekoppelt. Die Kupplungs(eingangs)nabe 30 ist zur Drehung an einer ersten Rollenlageranordnung 32 abgestützt, die wiederum durch eine Motornabe 34 abgestützt ist. Die Motornabe 34 ist zur Drehung an einer ersten Kugellageranordnung 36 abgestützt, die in einem stationären Steg oder Flansch oder einer Querwand 38 angebracht ist. Eine fluiddichte Dichtung 42 erstreckt sich auch zwischen der Eingangsnabe 30 und dem Steg oder Flansch 38 und trennt einen trockenen Bereich, der den Dämpfer 14 enthält, und einen nassen Bereich, der die Komponenten des Elektromotor- und Kupplungsmoduls oder der Elektromotor- und Kupplungsanordnung 16 enthält.
Das Elektromotor- und Kupplungsmodul oder die Elektromotor- und Kupplungsanordnung 16 umfasst einen Elektromotor 50 mit einem Stator 52 und einem Rotor 54. Der Stator 52 ist in einem Gehäuse 56 angeordnet und daran befestigt und ist daher stationär. Elektrische Leistung wird zum Stator 52 durch elektrische Leiter oder Kabel 58 zugeführt, die durch das Gehäuse 56 in geeigneten Dichtungs- und Isolationsdurchführungen (nicht dargestellt) verlaufen. Kühlöl wird zum Umfang des Stators 52 durch eine Öl- oder Hydraulikfluidleitung 62 zugeführt. Die Ölleitung 62 mündet in einen Umfangs- oder ringförmigen Bereich 64, der den Umfang des Stators 52 umgibt. Eine Umfangsplatte oder ringförmige Platte oder ein ringförmiger Separator 66, die/der mehrere Durchgangsöffnungen oder -durchbrüche 68 definiert, verteilt das Kühlöl gleichmäßig um den Stator 52.
Der Rotor 54 des Elektromotors 50 ist mit einer Kupplungs(ausgangs)nabe 70 gekoppelt, die auch mit der Motornabe 34 gekoppelt und durch diese abgestützt ist. Die Kupplungs(eingangs)nabe 30 umfasst Außenkeile 72, die mit komplementären Innenkeilen 74 an ersten mehreren einseitigen Reibungskupplungsplatten oder -scheiben 76 in Eingriff stehen. Die ersten mehreren einseitigen Reibungskupplungsplatten oder -scheiben 76 sind mit zweiten mehreren einseitigen Kupplungsplatten oder -scheiben 78 mit Außenkeilen 82 verschachtelt, die mit komplementären Innenkeilen 84 an der Kupplungs(ausgangs)nabe 70 in Eingriff stehen. An den Enden des Reibungskupplungssatzes mit den ersten und den zweiten mehreren Kupplungsplatten 76 und 78 befinden sich ein Paar von ringförmigen Endplatten 86, die an der Kupplungs(ausgangs)nabe 70 durch einen Sicherungsring 88 oder eine ähnliche Vorrichtung festgehalten sind.
Die Kupplungs(ausgangs)nabe 70 ist auch zur Drehung durch eine zweite Kugellageranordnung 92 abgestützt und treibt durch eine Keilverbindung 94 eine Eingangswelle 96 an, die ein Antriebsdrehmoment zu den Planetenradsätzen des Getriebes 18 liefert.
Die Eingangswelle 96 des Getriebes 18 ist mit einer Hydraulikpumpe 100 gekoppelt und treibt diese an, die eine Flügel-, Zahnrad- oder Gerotorpumpe sein kann. Der mit Druck beaufschlagte Ausgang der Hydraulikpumpe 100 wird durch eine Ausgangsleitung (nicht dargestellt) zu einem Ventilkörper (auch nicht dargestellt) und anderen Komponenten des Getriebes 18 zugeführt. Eine Drucköl- oder Hydraulikfluidströmung vom Ventilkörper kehrt in einer Leitung 104 zurück und strömt durch einen axialen und schrägen Durchgang 106 und in eine Kompensationskammer 108 einer Hydraulikkupplungsaktuatoranordnung 110. Die Kompensationskammer 108 ist durch eine Ausgleichssperre oder einen Kompensator 112 und einen Kolben 116 definiert. Die Ausgleichssperre oder der Kompensator 112 ist kreisförmig mit radial orientierten inneren und äußeren Endbereichen, die durch einen axialen, zylindrischen Bereich verbunden sind. Die äußere (größerer Durchmesser) Kante umfasst eine Dichtung 118, die gegen eine innere Oberfläche des Kolbens 116 abdichtet. Eine Druckfeder 122 erstreckt sich zwischen dem Kompensator 112 und dem Kolben 116 und fungiert als Rückstellfeder für den Kolben 116. Die innere (kleinerer Durchmesser) Kante des Kompensators 112 liegt an einem Sicherungsring 124 an, der die Translation des Kompensators 112 begrenzt. Der Sicherungsring 124 ist in mehrere flache Kanäle oder Innenkeile 126 gesetzt, die mehrere Wege für eine Hydraulikfluid- oder Ölströmung in Richtung von mehreren radialen Durchgängen 80 schaffen, die ebenso mehrere Wege für das Fluid oder Öl in Richtung der Reibungskupplungsplatten oder -scheiben 76 und 78 schaffen, um deren Kühlung zu erreichen. Ein solches Fluid oder Öl verlässt den Bereich der Reibungskupplungsplatten oder -scheiben 76 und 78 durch mehrere schräge Durchgänge 128.
Die Eingangswelle 96 des Getriebes 18 umfasst auch einen inneren axialen Durchgang 130, der selektiv mit Drucköl oder Hydraulikfluid vom Ventilkörper versehen wird, um die Betätigung des Kolbens 116 und den Eingriff der Reibungskupplungsplatten oder -scheiben 76 und 78 zu steuern. Drucköl oder Hydraulikfluid im axialen Durchgang 130 strömt in einen schrägen Durchgang 132 und in eine Betätigungskammer 134. Der Kolben 116, der etwas ähnlich zur Ausgleichssperre oder zum Kompensator 112 geformt ist, umfasst Dichtungen 138, die das Drucköl oder Hydraulikfluid innerhalb der Betätigungskammer 134 eindämmen. Ein erhöhter Hydraulikfluid- oder Öldruck innerhalb der Betätigungskammer 134 verlagert den Kolben 116 gegen die Druckfeder 122 und in Richtung der Reibungskupplungsplatten oder -scheiben 76 und 78, was sie zusammendrückt und die Kupplungseingangsnabe 30 mit der Kupplungsausgangsnabe 70 verbindet, um eine Drehmomentübertragung dazwischen zu ermöglichen.
Die Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und Veränderungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen. Solche Veränderungen sollen nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden.

Claims

Anfahr- und Trennkupplung für einen Hybrid-Antriebsstrang, die in Kombination umfasst ein Kupplungseingangselement und mehrere erste Kupplungsplatten, die mit dem Kupplungseingangselement gekoppelt sind, ein Kupplungsausgangselement und mehrere zweite Kupplungsplatten, die mit dem Kupplungsausgangselement gekoppelt sind und mit den mehreren ersten Kupplungsplatten verschachtelt sind, einen Hydraulikkupplungsaktuator zum Zusammendrücken der mehreren Kupplungsplatten und mit einer Kompensationskammer und einer Betätigungskammer, einen Elektromotor mit einem Rotor, der mit dem Kupplungsausgangselement gekoppelt ist, einem Stator und einem Kühlfluiddurchgang, der den Stator umgibt, und eine Getriebeeingangswelle, die mit dem Kupplungsausgangselement gekoppelt ist und einen axialen Durchgang zum Zuführen von Hydraulikfluid zur Betätigungskammer des Hydraulikkupplungsaktuators definiert.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 1, die ferner eine Dämpferanordnung mit einem Eingang, der so ausgelegt ist, dass er durch ein Antriebsaggregat angetrieben wird, und einem Ausgang, der mit dem Kupplungseingangselement gekoppelt ist, umfasst.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 2, die ferner eine fluiddichte Dichtung umfasst, die an einer Querwand angebracht ist, die zwischen dem Ausgang der Dämpferanordnung und dem Kupplungseingangselement angeordnet ist.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 1, die ferner einen Kolben umfasst, der im Hydraulikkupplungsaktuator zwischen der Kompensationskammer und der Betätigungskammer angeordnet ist.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 1, die ferner eine Druckfeder umfasst, die innerhalb der Kompensationskammer angeordnet ist.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 1, die ferner miteinander in Eingriff stehende Keile umfasst, die am Kupplungseingangselement und an einer inneren Kante der ersten mehreren Kupplungsplatten und am Kupplungsausgangselement und an einer äußeren Kante der zweiten mehreren Kupplungsplatten angeordnet sind.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 1, wobei die ersten und die zweiten mehreren Kupplungsplatten einseitig sind.
Anfahr- und Trennkupplung für einen Hybrid-Antriebsstrang, die in Kombination umfasst: eine Kupplungseingangsnabe und mehrere erste Kupplungsplatten, die mit der Kupplungseingangsnabe verkeilt sind, eine Kupplungsausgangsnabe und mehrere zweite Kupplungsplatten, die mit der Kupplungsausgangsnabe verkeilt sind und mit den ersten mehreren Kupplungsplatten verschachtelt sind, einen Hydraulikkupplungsaktuator mit einem Kolben, der mit den mehreren Kupplungsplatten betriebsfähig verbunden ist und eine Kompensationskammer und eine Betätigungskammer definiert, einen Elektromotor mit einem Rotor, der mit der Kupplungsausgangsnabe gekoppelt ist, einem Stator und einem Umfangsfluiddurchgang zum Zuführen von Kühlfluid zum Stator, und eine Getriebeeingangswelle, die mit der Kupplungsausgangsnabe gekoppelt ist und einen axialen Durchgang zum Zuführen von Hydraulikfluid zur Betätigungskammer des Hydraulikkupplungsaktuators definiert.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 8, die ferner eine Dämpferanordnung mit einem Eingang, der so ausgelegt ist, dass er durch ein Antriebsaggregat angetrieben wird, und einem Ausgang, der mit der Kupplungseingangsnabe gekoppelt ist, umfasst.
Anfahr- und Trennkupplung nach Anspruch 9, die ferner eine Fluiddichtung umfasst, die an einer Querwand angebracht ist und zwischen dem Ausgang der Dämpferanordnung und dem Kupplungseingangselement angeordnet ist.