-
Die Erfindung betrifft einen Triebstrang für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Triebstrangs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
-
Ein Triebstrang eines modernen Kraftwagens weist bekanntermaßen mindestens ein Getriebe zur Übersetzung von Drehmoment und Drehzahl auf, wobei derartige Getriebe üblicherweise über eine mechanische Ölpumpe verfügen. Diese Ölpumpe stellt einerseits effizient Öldruck beziehungsweise Hydraulikdruck für die Getriebesteuerung zur Verfügung und liefert andererseits auch einen bestimmten Ölvolumenstrom zur Kühlung des Getriebes. Um auch im Stand des Kraftwagens einen Öldruck beziehungsweise Hydraulikdruck, insbesondere zum Schalten und Kuppeln erzeugen zu können, sind die meisten Getriebe mit einer elektrischen Zusatzölpumpe ausgestattet, welche die Schmierstoffversorgung bei stillstehendem Triebstrang (Antriebsstrang) übernimmt, also einem Zustand bei welchem keine Leistung an der mechanischen Pumpe ankommt. Einen derartiger Zustand stellt beispielsweise der „Stopp-Zustand” bei Start-Stopp-Systemen dar, da hier ohne Verbrennungskraftmaschine die mechanische Pumpe nicht angetrieben werden kann.
-
Ein derartiger Triebstrang ist bereits der
DE 10 2011 114 407 A1 als bekannt zu entnehmen. Der dortige Triebstrang für ein Fahrzeug weist eine erste Antriebsmaschine, welche eine erste Antriebswelle aufweist die zur Drehung mit der ersten Antriebsmaschine gekoppelt ist, eine zweite Antriebsmaschine die eine zweite Antriebswelle aufweist die zur Drehung mit der zweiten Antriebsmaschine gekoppelt ist sowie eine Hydraulikpumpe auf. Die zweite Antriebswelle ist parallel zu der ersten Antriebswelle und ihr gegenüber versetzt. Die Hydraulikpumpe enthält einen Rotor der eine Drehachse definiert, welche parallel zu der ersten Antriebswelle und zu der zweiten Antriebswelle und von ihnen beabstandet ist. Der Rotor kann zur gemeinsamen Drehung sowohl mit der ersten Antriebswelle als auch mit der zweiten Antriebswelle verbunden werden, um dem Rotor von der ersten Antriebsmaschine und zusätzlich oder alternativ von der zweiten Antriebsmaschine ein Drehmoment zuzuführen. Der dortige Triebstrang weist einen als Startermotor ausgeführten Elektromotor auf, der zur gemeinsamen Drehung mit dem Verbrennungsmotor verbunden werden kann, um ein Startdrehmoment für den Verbrennungsmotor bereitzustellen. Der Startermotor ist über ein Starterzahnrad mit dem Rotor der Hydraulikpumpe verbunden. Mit anderen Worten ist also die Hydraulikpumpe mittels des Startermotors (Elektromotor) antreibbar.
-
Des Weiteren ist aus der
DE 43 42 233 A1 ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchem eine Ölpumpe entweder durch einen Elektromotor oder durch einen von dem Elektromotor verschiedenen Fahrzeugmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Triebstrang sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen ein Start-Stopp-System auf verbesserte Weise umgesetzt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Triebstrang sowie ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 beziehungsweise 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
-
Um einen Triebstrang der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem ein Start-Stopp-System auf verbesserte Weise umgesetzt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels des Startergenerators die Ölpumpe des Getriebes antreibbar ist. Der Startergenerator vereint die Funktionen eines elektrischen Generators, welcher üblicherweise als Lichtmaschine bezeichnet wird, mit denen eines Starters, welcher üblicherweise als Anlasser, also als Hilfsaggregat zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen verwendet wird, in einer einzigen elektrischen Maschine. Die Verwendung eines Startergenerators in einem Triebstrang eines Kraftwagens ist insbesondere in Kraftwagen mit Hybridantrieb besonders sinnvoll, da der Startergenerator nicht nur die (stillstehende) Verbrennungskraftmaschine auf eine zum eigenständigen Betrieb dieser erforderliche Drehzahl beschleunigen, sondern auch bei laufender Verbrennungskraftmaschine elektrischen Strom erzeugen kann. Zur Stromerzeugung wird der Startergenerator dabei mit anderen Worten von der Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens angetrieben und als Generator betrieben. Der Startergenerator ist mit der Ölpumpe (Getriebeölpumpe) des Getriebes beispielsweise mechanisch gekoppelt um die Ölpumpe des Getriebes unabhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine antreiben zu können. Mit anderen Worten ist also die Ölpumpe des Getriebes unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine mittels des Startergenerators antreibbar. Die Schmierölversorgung des Getriebes ist somit auch bei stillstehender Verbrennungskraftmaschine gewährleistet, wodurch ein Abfallen des Öldrucks im Getriebe effizient vermieden werden kann. Dies wirkt sich besonders Lebensdauer verlängernd auf die miteinander im Eingriff stehenden Getriebezahnräder des Getriebes aus, denn durch die Aufrechterhaltung des Öldrucks mittels des Startergenerators, welcher die Ölpumpe antreibt wird ein Festkörperkontakt beispielsweise der Zahnflanken der jeweiligen miteinander in Eingriff stehenden Getriebezahnräder wirksam unterbunden. Gerade bei Start-Stopp-Systemen, wird das Getriebe sozusagen aus dem Stand des Kraftwagens heraus einer hohe Belastung ausgesetzt, da unmittelbar nach dem Starten der Verbrennungskraftmaschine mittels des Startergenerators ein Antriebsmoment durch das Getriebe zu übersetzen ist, um den Kraftwagen zu beschleunigen. Wird der Öldruck jedoch durch das Antreiben der Ölpumpe mittels des Startergenerators aufrecht erhalten, so steht der das Getriebe, beziehungsweise die Zahnflanken und Getriebewellenlager (um nur einige Getriebekomponenten zu nennen) schützende Ölfilm sofort zur Verfügung. Somit wird das Getriebe in besonderem Maße geschont.
-
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben eines Triebstrangs für einen Kraftwagen, bei welchem eine Verbrennungskraftmaschine durch einen Startergenerator angetrieben und ein Getriebe durch eine Ölpumpe mit Öl versorgt wird. Durch den Startergenerator wird dabei die Ölpumpe des Getriebes angetrieben. Hierdurch kann die Ölpumpe unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden, um eine Schmierölversorgung des Getriebes jederzeit sicherzustellen.
-
Zugleich oder alternativ ist die Ölpumpe im Getriebe auch für eine Bereitstellung eines Hydraulikdrucks verantwortlich, durch den Getriebeteile geschaltet und/oder aktiviert werden können. Ein Hydraulikdruck ist auch beim Stopp der Verbrennungskraftmaschine notwendig um zum Starten der Verbrennungskraftmaschine und zum Anfahren des Kraftwagens Kupplungen und Gangwahl durch den Hydraulikdruck geschaltet, gesteuert oder geregelt sind.
-
Die für den erfindungsgemäßen Triebstrang beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
-
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
-
Diese zeigen in:
-
1 eine schematische Darstellung eines Triebstrangs eines Kraftwagens, bei welchem Antriebsleistung von einem Startergenerator auf eine Ölpumpe eines Getriebes übertragbar ist; und in
-
2 eine vergrößerte Detailansicht eines Bereichs A aus 1, wobei gezeigt ist, dass der Startergenerator und die Ölpumpe mittels eines Umschlingungsgetriebes miteinander leistungsübertragend koppelbar sind.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Triebstrangs 20 eines Kraftwagens 10. Der Triebstrang 20 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, welche im Folgenden vereinfacht als Motor 22 bezeichnet wird. Des Weiteren weist der Triebstrang 20 eine Transaxlewelle 30 auf, mittels welcher Antriebsleistung zwischen dem Motor 22 und einem Getriebe 60 übertragbar ist. Das Getriebe 60 ist mittels einer Ölpumpe 50, welche als Getriebeölpumpe ausgebildet ist, mit Getriebeöl versorgbar. Der Triebstrang 20 umfasst auch einen Startergenerator 40. Der Triebstrang 20 ist des Weiteren für beliebige Antriebsarten, wie beispielsweise einen Frontantrieb, einen Heckantrieb oder einen Allradantrieb einsetzbar.
-
Wie aus 2, einer vergrößerten Ansicht eines in 1 umrandeten Bereichs A hervorgeht, ist mittels des Startergenerators 40 die Ölpumpe 50 des Getriebes 60 direkt antreibbar. Zum direkten Antreiben kann dabei durch den Startergenerator 40 erzeugte Antriebsleistung mittels eines Umschlingungsgetriebes 42 an die Ölpumpe 50 übertragen werden. Das Umschlingungsgetriebe 42 kann dabei sowohl als kraftschlüssiges, als auch als formschlüssiges Umschlingungsgetriebe 42 ausgebildet sein. Dementsprechend kann das Umschlingungsgetriebe 42 beispielsweise als Riementrieb oder als Kettentrieb oder als Zahnriementrieb ausgebildet sein, um nur einige Ausführungsbeispiele zu nennen. Durch den Einsatz des Umschlingungsgetriebes 42 kann die Leistungsübertragung zwischen dem Startergenerator 40 und der Ölpumpe 50 besonders aufwandsarm erfolgen, da nur wenige Leistungsübertragungskomponenten 46 wie beispielsweise Zahnräder oder Wellen, zur Leistungsübertragung benötigt werden. Dementsprechend kann durch den Einsatz des Umschlingungsgetriebes 42 Gewicht gespart werden. Des Weiteren geht mit der Verwendung des Umschlingungsgetriebes 42 eine besonders geringe Geräuschemission und somit im Vergleich zu einem reinen Zahnradgetriebe ein akustischer Vorteil einher. Zudem kann mittels des Umschlingungsgetriebes 42 ein besonders hoher Wirkungsgrad bei der Leistungsübertragung erreicht werden, wobei die Leistungsübertragung unabhängig vom Achsabstand zwischen einer Vorderachse 24 und einer Hinterachse 64 des Kraftwagens 10 erfolgen kann.
-
Um nun mittels des Startergenerators 40 auch den Motor 22 starten zu können, ist der Startergenerator 40 über das Umschlingungsgetriebe 42 mittels einer Trennkupplung 36 mit der Transaxlewelle 30 koppelbar. Die Transaxlewelle 30 ist wiederum leistungsübertragend, also Drehmoment und Drehzahl übertragend, mit dem Motor 22 gekoppelt, wobei klar ist, dass eine hier nicht weiter dargestellte, weitere Trennkupplung zwischen dem Motor 22 und der Transaxlewelle 30 vorgesehen sein kann, um die Leistungsübertragung zu unterbrechen. Dadurch kann besonders flexibel auf unterschiedliche Betriebszustände des Kraftwagens 10 reagiert werden.
-
Wie aus 1 außerdem hervorgeht, ist der Motor 22 an einem Ende 32 der Transaxlewelle 30 angeordnet und das Getriebe 60, die Ölpumpe 50 und der Startergenerator 40 sind an einem dem Motor 22 gegenüberliegenden Ende 34 der Transaxlewelle 30 angeordnet. Mit anderen Worten ist also der Motor 22 von dem Getriebe 60 sowie von der Ölpumpe 50 und dem Startergenerator 40 räumlich getrennt, wodurch die Vorderachse 24 des Kraftwagens 10 zumindest im Wesentlichen das Gewicht des Motors 22 trägt und die Hinterachse 64 des Kraftwagens 10 vor allem das Gewicht des Getriebes 60, der Ölpumpe 50 und des Startergenerators 40. Mit anderen Worten wird also durch diese räumliche Trennung eine gleichmäßige Achslastverteilung auf die Vorderachse 24 und die Hinterachse 64 begünstigt, wobei sich der Kraftwagen 10 aufgrund der gleichmäßigeren Achslastverteilung zum Beispiel in Kurvenfahrten auch ohne technische Hilfsmittel, wie beispielsweise ein ESP-System, besonders gut kontrollieren lässt. Des Weiteren wird durch die Anordnung des Getriebes 60, der Ölpumpe 50 und des Startergenerators 40 an der Hinterachse 64 Bauraum im Bereich der Vorderachse 24 eingespart, wodurch beispielsweise mehr Platz im Motorraum für weitere Aggregate zur Verfügung steht.
-
Die Trennkupplung 36 des Triebstrangs 20 dient vorliegend zur Trennung der Leistungsübertragung zwischen dem Motor 22 und dem Startergenerator 40. Durch die Trennkupplung 36 kann der Startergenerator 40 die Ölpumpe 50 antreiben, ohne den Motor 22 mitschleppen zu müssen, wobei dann die Trennkupplung 36 geöffnet ist. Die Trennkupplung 36 kann jedoch auch geschlossen sein, um sowohl die Ölpumpe 50 mittels des Startergenerators 40 anzutreiben, als auch mit diesem den Motor 22 zu starten (anzutreiben). Um das Starten des Motors 22 zu erleichtern, können dessen Brennräume zumindest zeitweise dekomprimiert sein, und dementsprechend die Gaswechselventile (die Einlassventile und zusätzlich oder alternativ die Auslassventile) wenigstens zum Beginn des Startvorgangs zumindest leicht geöffnet werden, um einen geringeren Widerstand, insbesondere zum einfacheren Überwinden des Losbrechmoments beim Starten des Motors 22 zu erzeugen. Die Massenträgheit der zu beschleunigenden Komponenten (beispielsweise Kurbelwelle, Kolben) des Motors 22 sowie wirkende Reibungskräfte erfordern ohnehin eine hohe Antriebsleistung des Startergenerators 40. Die erforderliche Antriebsleistung kann jedoch verringert werden, indem die Kompressionsarbeit im Motor 22 durch Öffnen der Gaswechselventile des Motors 22 wenigstens zu Beginn des Startvorgangs geöffnet gehalten werden.
-
Die Leistungsübertragung zwischen dem Motor 22 und dem Startergenerator 40 ist in 1 durch einen Leistungspfad 110 verdeutlicht, welcher durch einen entsprechenden Pfeil hervorgehoben ist. Der Leistungspfad 110 steht dabei für den Betrieb des Startergenerators 40 als Generator, wobei von dem Motor 22 erzeugte Leistung (mechanische Leistung) über die Transaxlewelle 30 an den Startergenerator 40 übertragen wird und daraus elektrische Leistung gewonnen wird. Die dadurch gewonnene elektrische Energie wird in einem hier nicht weiter dargestellten Energiespeicher, beispielsweise in einer Batterie oder in geeigneten Kondensatoren, gespeichert. Mit anderen Worten steht der Leistungspfad 110 für einen Leistungsfluss zum Startergenerator 40, wobei bei diesem Leistungsfluss ein Laden der Batterie des Kraftwagens 10 beim Betrieb des Motors 22, sowie eine etwaige Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) beim Verzögern des Kraftwagens 10 möglich ist. Beim Rekuperieren erfolgt ein Leistungsfluss von den Rädern des Kraftwagens 10 hin zum Startergenerator 40, welcher dann als Generator arbeitet und die Bremsenergie in elektrische Energie umwandelt.
-
Durch einen ebenfalls durch einen Pfeil hervorgehobenen Leistungspfad 90 ist ein zu dem Leistungspfad 110 umgekehrter Leistungsfluss verdeutlicht. Mit anderen Worten steht der Leistungspfad 90 für einen Leistungsfluss vom Startergenerator 40 zum Motor 22, um diesen entweder im Start-Stopp-Modus zügig mittels des Startergenerators 40 zu starten, oder eine Boost-Funktion umzusetzen, bei welcher die Leistung des Startergenerators 40 als zusätzliche Antriebsleistung zum Antreiben der Räder (an der Hinterachse 64 und zusätzlich oder alternativ an der Vorderachse 24) des Kraftwagens 10 genutzt wird.
-
Ein ebenfalls durch einen Pfeil verdeutlichter Leistungspfad 80 steht für den Leistungsfluss vom Startergenerator 40 über das Umschlingungsgetriebe 42 zur Ölpumpe 50, also für den Antrieb der Ölpumpe 50 bei stehendem Motor 22 (Motor-Stopp) um auch im Stillstand des Motors 22 eine ausreichende Ölversorgung des Getriebes 60 mittels der Ölpumpe 50 zu gewährleisten. Mit anderen Worten treibt hierbei also der Startergenerator 40 die Ölpumpe 50 des Getriebes 60 im Stillstand des Motors 22 an. Dies ist besonders günstig, um bereits beim Neustarten des Motors 22 einen ausreichenden Öldruck zur Versorgung des Getriebes 60 zur Verfügung zu haben. Der Öldruck muss somit nicht erst mit erheblichem Zeitverzug nach dem Starten des Motors 22 aufgebaut werden, sondern steht sofort zur Verfügung. Dadurch kann ein etwaiges Abreißen eines Schmierfilms auf hochbelasteten Teilen des Getriebes, wie beispielsweise auf miteinander in Eingriff stehenden Zahnflanken wirksam vermieden werden, was die Lebensdauer des Getriebes 60 erheblich verlängert. Anders ausgedrückt kann der Öldruck bei Motor-Stopp des Motors 22 aufrecht erhalten werden und durch den Einsatz des Startergenerators 40 jederzeit zusätzlich ein Starten des Motors 22 herbeigeführt werden. Der Öldruck steht also permanent zur Verfügung.
-
Ein Leistungspfad 100 steht schließlich für die Übertragung mechanischer Leistung von dem Motor 22 über die Transaxlewelle 30 an die Ölpumpe 50, also für den konventionellen Antrieb der Ölpumpe 50 und somit für die konventionelle Leistungsübertragung vom Motor 22 an die Ölpumpe 50. Der mechanische Kraftfluss des Leistungspfads 100 kann dabei entweder unmittelbar von der Transaxlewelle 30 an die Ölpumpe 50 erfolgen oder auch mittelbar über das Umschlingungsgetriebe 42, wobei hier dann der Leistungspfad 110 von der Transaxlewelle 30 an den Startergenerator 40 einem Anteil des mechanischen Kraftfluss des Leistungspfads 100 und einem Anteil des mechanischen Kraftfluss an den Startergenerator 40 zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst.
-
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie der Startergenerator 40 als Getriebeölpumpenantrieb, beispielsweise bei Start-Stopp-Systemen verwendet werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Kraftwagen
- 20
- Triebstrang
- 22
- Motor
- 24
- Vorderachse
- 30
- Transaxlewelle
- 32
- Ende
- 34
- Ende
- 36
- Trennkupplung
- 40
- Startergenerator
- 42
- Umschlingungsgetriebe
- 46
- Leistungsübertragungskomponenten
- 50
- Ölpumpe
- 60
- Getriebe
- 64
- Hinterachse
- 80
- Leistungspfad
- 90
- Leistungspfad
- 100
- Leistungspfad
- 110
- Leistungspfad
-
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 102011114407 A1 [0003]
- DE 4342233 A1 [0004]
