DE102014016172A1 - Antriebsvorrichtung für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug - Google Patents
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (11) und zumindest einer achsparallel zu dieser angeordneten Elektromaschine (16, 18), die separat oder gemeinsam auf die Eingangswelle (38) eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (14) abtreiben, wobei die Elektromaschine (16, 18) über eine Drehmomentübertragungsverbindung (28, 40) auf die Kraftabgabewelle (30) der Brennkraftmaschine (11) und diese unter Zwischenschaltung zumindest einer Kupplung (K0, K1) mit der koaxial ausgerichteten Getriebe-Eingangswelle (38) trieblich verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Elektromaschine (16) unmittelbar an die Brennkraftmaschine (11) angebaut oder darin integriert und ist das Zylinderkurbelgehäuse (12a) mit einem Gehäuseabschnitt (12b) erweitert, in dem die Drehmomentübertragungsverbindung (28) angeordnet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung ist beispielsweise aus der
AT 512 443 A1 - Die
DE 20 2006 019 422 U1 beschreibt eine weitere Antriebsvorrichtung, bei der an das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe seitlich eine Elektromaschine angebaut ist, die auf die Getriebe-Eingangswelle wirkend separat oder gemeinsam mit einer Brennkraftmaschine das Kraftfahrzeug und/oder alternativ Nebenaggregate antreiben kann. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die fertigungstechnisch günstig, baulich besonders kompakt und an gegebene Einbauverhältnisse in Kraftfahrzeugen verbessert anpassbar ist.
- Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Elektromaschine an die Brennkraftmaschine angebaut ist und dass die Drehmomentübertragungsverbindung zwischen der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine innerhalb eines erweiterten Zylinderkurbelgehäuses der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Drehmomentübertragungsverbindung, insbesondere eine Kette oder ein Stirnzahnradtrieb, kann baulich und räumlich günstig in das Kurbelgehäuse integriert und an das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen sein. Daraus resultiert neben der robust ausführbaren Konstruktion ein laufruhiger Antrieb der Elektromaschine. Deren Platzierung kann bevorzugt anstelle eines ansonsten vorhandenen, elektrischen Startermotors erfolgen, der durch die Elektromaschine und deren Anbindung an die Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine entfallen kann. Ferner kann durch die Drehmomentübertragungsverbindung in an sich bekannter Weise eine günstige Drehzahlanpassung zwischen Brennkraftmaschine (niedrigere Drehzahl) und der Elektromaschine (höhere Drehzahl) erfolgen.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Zahnrad (Kettenrad, Stirnzahnrad) auf der Kraftabgabewelle mit einem weiteren Zahnrad in trieblicher Verbindung, über das zumindest ein Nebenaggregat der Brennkraftmaschine antreibbar ist. Damit ist mit konstruktiv einfachen Mitteln die Drehmomentübertragungsverbindung zu einem Nebenantrieb erweitert, wodurch gegebenenfalls ein ansonsten erforderlicher Riementrieb an der Brennkraftmaschine entfallen kann.
- Dabei kann bevorzugt das Zahnrad in einem an das Zylinderkurbelgehäuse angebauten Gehäuse drehbar gelagert sein und über eine Abtriebswelle das Nebenaggregat, insbesondere einen Klimakompressor einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs antreiben.
- Des Weiteren kann in die Kraftabgabewelle eine Kupplung integriert sein, mittels der die Brennkraftmaschine von der Drehmomentübertragungsverbindung bzw. dem Stirnzahnradtrieb der Elektromaschine und der Getriebe-Eingangswelle abkoppelbar ist. Demzufolge kann bei geöffneter Kupplung neben der Abkopplung der Brennkraftmaschine auch das Nebenaggregat rein elektrisch angetrieben werden, zum Beispiel in einem Standbetrieb.
- In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann an das Wechselgetriebe eine zweite Elektromaschine angebaut sein, die mittelbar oder unmittelbar über eine weitere Drehmomentübertragungsverbindung auf die Eingangswelle des Wechselgetriebes abtreibt. Damit kann bei einer hohen Gesamtantriebsleistung der Elektromaschinen eine vorteilhafte Anpassung an gegebene Einbauverhältnisse im Kraftfahrzeug bei günstigen Abmaßen der beiden Elektromaschinen und gegebenenfalls eine gezielte Gewichtsverteilung im Kraftfahrzeug erfolgen. Die Elektromaschinen können ferner bei geringeren Antriebserfordernissen auch einzeln aktiviert sein, während eine zweite Elektromaschine beispielsweise als Generator geschaltet ist.
- Die Drehmomentübertragungsverbindung kann wiederum als Stirnzahnradtrieb ausgeführt sein, mit einem Zahnrad auf der Antriebswelle der Elektromaschine und einem größeren Zahnrad auf der Getriebeeingangswelle des Wechselgetriebes. Alternativ könnte hier auch ein Zahnriementrieb verwendet sein.
- Die Elektromaschine kann des Weiteren über ein Planetengetriebe mit ein oder mehreren Übersetzungsstufen auf die Drehmomentübertragungsverbindung bzw. auf den Stirnzahnradtrieb wirken, um gegebenenfalls eine noch bessere Anpassung an erforderliche Übersetzungsverhältnisse und Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs bereit zu stellen.
- Die Drehmomentübertragungsverbindung bzw. der Stirnzahnradtrieb der zweiten Elektromaschine ist besonders bevorzugt im Kraftfluss nach der die Brennkraftmaschine abkoppelnden Kupplung und vor zumindest einer Trennkupplung an der Eingangswelle des Wechselgetriebes angeordnet.
- Des Weiteren kann die die Brennkraftmaschine abkoppelnde Kupplung in baulich einfacher Weise eine formschlüssige Schaltkupplung sein, die nach Synchronisation deren Kupplungselemente über die erste Elektromaschine schaltbar ist und zum Beispiel die Brennkraftmaschine zuschaltet. Alternativ kann die Kupplung jedoch auch als Reibungskupplung bzw. hydraulisch betätigte Lamellenkupplung ausgeführt sein.
- Schließlich kann alternativ oder zusätzlich die zweite Elektromaschine mit ihrer Antriebswelle zumindest ein Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Klimakompressor, eine Hydraulikpumpe, etc. antreiben.
- Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Antriebsvorrichtung für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine und zwei Elektromaschinen, die auf ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe abtreiben, wobei die Elektromaschinen jeweils über einen Stirnzahnradtrieb auf die Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine einerseits und auf die Getriebe-Eingangswelle des Wechselgetriebes andererseits abtreiben; und -
2 eine Antriebsvorrichtung gemäß1 , bei der der Stirnzahnradtrieb auf der Kraftabgabewelle zusätzlich auf einen Antrieb für Nebenaggregate der Brennkraftmaschine erweitert und die Kraftabgabewelle (Kurbelwelle) vom Stirnzahnradtrieb abkoppelbar ist. - In der
1 ist ein Antriebsaggregat10 für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug als einfaches Blockschaltbild dargestellt, mit einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine11 , einem nachgeschalteten Geschwindigkeits-Wechselgetriebe14 und zwei Elektromaschinen16 ,18 . Das Wechselgetriebe14 treibt über eine Abtriebswelle20 und ein Vorgelege22 ein integriertes Achsdifferenzial24 zum Antrieb der Räder des Kraftfahrzeuges an. - Die Elektromaschine
16 ist seitlich an das Zylinderkurbelgehäuse12a der Brennkraftmaschine11 angebaut bzw. integriert (gegebenenfalls an die Stelle für einen ansonsten üblichen Startermotor) und treibt über eine Antriebswelle26 und eine Drehmomentübertragungsverbindung, bevorzugt einen Stirnzahnradtrieb28 , abtriebsseitig auf die Kraftabgabewelle bzw. Kurbelwelle30 der Brennkraftmaschine11 ab. - Der Stirnzahnradtrieb
28 mit einem kleineren Zahnrad32 auf der Antriebswelle26 und einem größeren Zahnrad34 auf der Kurbelwelle30 ist innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses12a angeordnet, wobei das radial äußere Zahnrad32 wie ersichtlich ist in einem seitlich abragenden Gehäuseabschnitt12b des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet und unter anderem an das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine11 (nicht dargestellt) angeschlossen sein kann. - Die Elektromaschine
16 ist ständig (das heißt in Permanentverbindung) mit der Kurbelwelle30 trieblich verbunden und kann somit als Startermotor, als zusätzlicher Antriebsmotor oder als Generator geschaltet das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs bzw. eine Traktionsbatterie mit Strom versorgen, etc. - Die Kraftabgabewelle bzw. Kurbelwelle
30 ist unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers36 (zum Beispiel einem Zweimassenschwungrad) und einer Kupplung K0 mit der Getriebe-Eingangswelle38 des Wechselgetriebes14 trieblich verbindbar. Die Kupplung K0 kann reibschlüssig, zum Beispiel eine hydraulisch betätigte Lamellenkupplung, bevorzugt jedoch als eine formschlüssig wirkende Schaltkupplung (Klauenkupplung) ausgeführt sein. - Über die Kupplung K0 kann die Brennkraftmaschine
11 mit der Elektromaschine16 vom Antriebsstrang bzw. vom Wechselgetriebe14 abgekoppelt werden. Beim Zuschalten der Brennkraftmaschine11 können durch entsprechende Ansteuerung der Elektromaschine16 die Kupplungselemente der Schaltkupplung K0 insbesondere bei geöffneter Kupplung K1 auf Gleichlauf synchronisiert werden. - An das Wechselgetriebe
14 ist seitlich die zweite Elektromaschine18 angebaut, die antriebsseitig optional unter Zwischenschaltung eines Planetengetriebes46 (nur angedeutet) und über einen Stirnzahnradtrieb40 als Drehmomentübertragungsverbindung in Momentenflußrichtung nach der Kupplung K0, jedoch vor einer reibschlüssigen Trennkupplung K1 auf die Getriebe-Eingangswelle38 abtreibt. Der Stirnradtrieb40 ist dabei innerhalb eines Kupplungsgehäuses14a des Wechselgetriebes14 positioniert. - Anstelle des Stirnzahnradtriebs
40 mit den Zahnrädern42 ,44 könnte auch ein Zahnriementrieb oder eine Kette verwendet sein. Die Trennkupplung K1/K2 kann bei einem automatisch geschalteten Wechselgetriebe14 (zum Beispiel einem an sich bekannten Doppelkupplungsgetriebe) durch die im Getriebe14 integrierten, die Gänge aktivierenden Lamellenkupplungen gebildet sein. - Die Antriebswelle
18a der Elektromaschine18 treibt einerseits den Stirnzahnradtrieb40 und andererseits ein Nebenaggregat, hier einen Klimakompressor48 einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs an. - Durch die beschriebene Antriebsvorrichtung
10 gemäß1 kann das Kraftfahrzeug bei geöffneter Kupplung K0 und geschlossener Kupplung K1 durch die bevorzugt leistungsstärkere Elektromaschine18 vorwärts oder rückwärts rein elektromotorisch angetrieben werden. Das Planetengetriebe46 kann dabei zum Beispiel nur drehmomenterhöhend oder aber zur Anpassung an die Fahrgeschwindigkeit mehrgängig ausgeführt sein. - Zudem kann die Elektromaschine
18 auch bei geöffneter Kupplung K1 (im Stillstand) den Klimakompressor48 (oder ein anderes Nebenaggregat) antreiben. - Über die Elektromaschine
16 kann die Brennkraftmaschine11 bei offener Kupplung K0 gestartet werden. Im weiteren Betriebsverlauf kann die Elektromaschine16 dann, als Generator geschaltet, Strom erzeugen, im Leerlauf mitdrehen oder, als Motor geschaltet, zusätzlich zur Brennkraftmaschine11 Antriebsenergie einspeisen. - Gleiches gilt für die zweite Elektromaschine
18 , die bei in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine11 bzw. Antriebsvorrichtung10 im Leerlauf mitdrehen kann, zusätzlich Antriebsenergie liefern kann (Boostbetrieb) oder aber als Generator geschaltet sein kann. - Ferner können beide Elektromaschinen
16 ,18 oder bei geöffneter Kupplung K0 die Elektromaschine18 im Rekuperationsbetrieb zur Energierückgewinnung im Bremsbetrieb des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. - Die
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung50 , die nur soweit beschrieben ist, als sie sich wesentlich von der1 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. - Gemäß der
2 ist der Stirnradtrieb28 zwischen der Elektromaschine16 und der Kurbelwelle30 der Brennkraftmaschine11 durch ein mit dem Zahnrad34 kämmendes, weiteres Zahnrad52 erweitert, das als Nebenabtrieb dient. - Das in einem an das Zylinderkurbelgehäuse
12a angebauten Gehäuse54 drehbar gelagerte Zahnrad52 treibt unmittelbar oder über eine Antriebswelle56 ein Nebenaggregat an, das insbesondere ein Klimakompressor48 einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs sein kann. Dies schließt jedoch nicht aus, dass auch die Elektromaschine18 gegebenenfalls ein Nebenaggregat wie vorbeschrieben antreiben kann. - Ferner ist die vorbeschriebene Kupplung K0 abweichend zur
1 in der Momentenflussrichtung vor dem Stirnradtrieb28 vorgesehen. Die Kupplung K0 ist an der Kurbelwelle30 somit derart angeordnet, dass über die Kupplung K0 die Brennkraftmaschine11 vom Stirnradtrieb28 und vom weiteren Antriebsstrang36 ,38 abkoppelbar ist. Die Kupplung K0 ist hier bevorzugt eine reibschlüssige Kupplung, insbesondere eine hydraulisch betätigbare Lamellenkupplung. - Demzufolge kann bei geöffneter Kupplung K0 das Kraftfahrzeug über beide Elektromaschinen
16 ,18 rein elektromotorisch angetrieben werden. Ist die Kupplung K1 ebenfalls geöffnet, so kann das Nebenaggregat48 auch im Stand betrieben werden, gegebenenfalls sogar über beide Elektromaschinen. - Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind dem Fachmann geläufige Abwandlungen oder Kombinationen beider Zeichnungsfiguren möglich.
- 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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- DE 202006019422 U1 [0003]
Claims (13)
- Antriebsvorrichtung für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (
11 ) und zumindest einer achsparallel zu dieser angeordneten Elektromaschine (16 ,18 ), die separat oder gemeinsam auf die Eingangswelle (38 ) eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (14 ) abtreiben, wobei die Elektromaschine (16 ,18 ) über eine Drehmomentübertragungsverbindung (28 ,40 ) auf die Kraftabgabewelle (30 ) der Brennkraftmaschine (11 ) und diese unter Zwischenschaltung zumindest einer Kupplung (K0, K1) mit der koaxial ausgerichteten Getriebe-Eingangswelle (38 ) trieblich verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (16 ) unmittelbar an die Brennkraftmaschine (11 ) angebaut oder darin integriert ist, und dass das Zylinderkurbelgehäuse (12a ) mit einem Gehäuseabschnitt (12b ) erweitert ist, in dem die Drehmomentübertragungsverbindung (28 ) angeordnet ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungsverbindung (
28 ,40 ) durch einen Stirnzahnradtrieb (28 ) mit einem Zahnrad (32 ) auf der Antriebswelle (26 ) der Elektromaschine (16 ) und einem insbesondere größeren Zahnrad (34 ) auf der Kraftabgabewelle (30 ) der Brennkraftmaschine (11 ) gebildet ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Kraftabgabewelle (
30 ) die Kupplung (K0) integriert ist, und dass die Kupplung (K0) in der Momentenflussrichtung vor der Drehmomentübertragungsverbindung (28 ,40 ) angeordnet ist, so dass mittels der Kupplung (K0) die Brennkraftmaschine (11 ) von der Drehmomentübertragungsverbindung (28 ) der Elektromaschine (16 ) und der Getriebe-Eingangswelle (38 ) abkoppelbar ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (
34 ) auf der Kraftabgabewelle (30 ) mit einem weiteren Zahnrad (52 ) in Eingriff ist, über das zumindest ein Nebenaggregat (48 ) der Brennkraftmaschine (11 ) antreibbar ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (
16 ) mit Abtrieb auf die Kraftabgabewelle (30 ) der Brennkraftmaschine (11 ) zumindest teilweise im Zylinderkurbelgehäuse (12a ) oder außenseitig am Zylinderkurbelgehäuse (12a ) angeordnet ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkurbelgehäuse (
12a ) mit einem weiteren Gehäuseabschnitt (54 ) erweitert ist, in dem das Zahnrad (52 ) drehbar gelagert ist und über eine Abtriebswelle (56 ) das Nebenaggregat, insbesondere einen Klimakompressor (48 ) einer Klimaanlage, des Kraftfahrzeugs antreibt. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Elektromaschine (
18 ) bereitgestellt ist, und dass insbesondere die zweite Elektromaschine (18 ) unmittelbar an das Wechselgetriebe (14 ) angebaut ist, und/oder dass die zweite Elektromaschine (18 ) mittelbar oder unmittelbar über eine weitere Drehmomentübertragungsverbindung (40 ) auf die Eingangswelle (38 ) des Wechselgetriebes (14 ) abtreibt. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungsverbindung als Stirnzahnradtrieb (
40 ) ausgeführt ist, mit einem Zahnrad (42 ) auf der Antriebswelle (18a ) der Elektromaschine (18 ) und einem insbesondere größeren Zahnrad (44 ) auf der Getriebeeingangswelle (18 ). - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (
18 ) über ein Planetengetriebe (46 ) mit ein oder mehreren Übersetzungsstufen auf die Drehmomentübertragungsverbindung (40 ) wirkt. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungsverbindung (
40 ) der zweiten Elektromaschine (18 ) in der Momentenflussrichtung nach der die Brennkraftmaschine (11 ) abkoppelnden Kupplung (K0) und vor zumindest einer Trennkupplung (K1) an der Eingangswelle (38 ) des Wechselgetriebes (14 ) angeordnet ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die, die Brennkraftmaschine (
11 ) abkoppelnde Kupplung (K0) eine formschlüssige Schaltkupplung ist, die nach Synchronisation deren Kupplungselemente über die erste Elektromaschine (16 ) schaltbar ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektromaschine (
18 ) mit ihrer Antriebswelle (18a ) zumindest ein Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Klimakompressor (48 ) antreibt. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (
48 ) unmittelbar am Zylinderkurbelgehäuse (12a ) der Brennkraftmaschine befestigt ist, und dass insbesondere das Nebenaggregat (48 ) mittelbar oder unmittelbar, gegebenenfalls mit Übersetzung, in Direktschaltung mit der zweiten Elektromaschine (18 ) gekoppelt ist.
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