DE102014109167B4 - Starter arrangement for an internal combustion engine of a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Starteranordnung (30) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) eines Kraftfahrzeugs (10), mit:- einer elektrischen Maschine (32) zum Bereitstellen eines Antriebsmoments (M),- einer Getriebeanordnung (36), die mit einer Abtriebswelle (34) der elektrischen Maschine (32) verbunden ist und mit einer Kurbelwelle (18) der Verbrennungskraftmaschine (14) sowie einer Antriebswelle (38) eines Zusatzgeräts (40) des Kraftfahrzeugs (10) verbindbar ist, um die Kurbelwelle (18) oder die Antriebswelle (38) anzutreiben, wobei die Getriebeanordnung (36) dazu ausgebildet ist, in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle (34) die Abtriebswelle (34) drehfest mit der Kurbelwelle (18) zu verbinden und in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung die Abtriebswelle (34) mit der Antriebswelle (38) drehfest zu verbinden, wobei die Getriebeanordnung (36) als Planetengetriebe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (36) als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet ist, das eine Eingangswelle (52) und eine Ausgangswelle (54) aufweist, wobei die Eingangswelle (52) mit einem ersten Sonnenrad (56) verbunden ist, das mit einem ersten Planetenrad (58) kämmt, das mit einem feststehenden Hohlrad (60) kämmt, wobei die Ausgangswelle (54) mit einem zweiten Sonnenrad (62) verbunden ist, das mit einem frei drehbaren zweiten Planetenrad (64) kämmt, wobei das erste Planetenrad (58) und das zweite Planetenrad (64) über einen Planetenträger (66) miteinander verbunden sind, der mittels eines Freilaufs (68) in einer Drehrichtung mit dem zweiten Sonnenrad (62) drehfest verbindbar ist, wobei die Getriebeanordnung (36) eine Freilaufanordnung aufweist, um die Kurbelwelle (18) bzw. die Antriebswelle (38) drehrichtungsabhängig mit der Abtriebswelle (34) zu verbinden.Starter arrangement (30) for an internal combustion engine (14) of a motor vehicle (10), with: - an electric machine (32) for providing a drive torque (M), - a gear arrangement (36) connected to an output shaft (34) of the electric machine (32) and can be connected to a crankshaft (18) of the internal combustion engine (14) and to a drive shaft (38) of an additional device (40) of the motor vehicle (10) in order to drive the crankshaft (18) or the drive shaft (38), wherein the transmission arrangement (36) is designed to connect the output shaft (34) in a rotationally fixed manner to the crankshaft (18) in a first direction of rotation of the output shaft (34) and to connect the output shaft (34) to the drive shaft in a second direction of rotation opposite the first direction of rotation (38) to be connected in a torque-proof manner, the gear arrangement (36) being designed as a planetary gear, characterized in that the planetary gear (36) is designed as a two-speed gear, which has an input shaft (52) and an output shaft (54), the input shaft (52) being connected to a first sun gear (56) which meshes with a first planet gear (58) which meshes with a stationary ring gear (60), the output shaft (54) being connected to a second sun gear (62) which meshes with a freely rotatable second planet gear (64), the first planet gear (58) and the second planet gear (64) being connected to one another via a planet carrier (66). which can be connected to the second sun gear (62) in a rotationally fixed manner in one direction of rotation by means of a freewheel (68), the transmission arrangement (36) having a freewheel arrangement to rotate the crankshaft (18) or the drive shaft (38) with the output shaft depending on the direction of rotation (34) to connect.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Starteranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen eines Antriebsmoments und mit einer Getriebeanordnung, die mit einer Abtriebswelle der elektrischen Maschine verbunden ist und mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine sowie einer Antriebswelle eines Zusatzgeräts des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, um die Kurbelwelle oder die Antriebswelle anzutreiben, wobei die Getriebeanordnung dazu ausgebildet ist, in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle die Abtriebswelle drehfest mit der Kurbelwelle zu verbinden und in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung die Abtriebswelle mit der Antriebswelle drehfest zu verbinden, wobei die Getriebeanordnung als Planetengetriebe ausgebildet ist.The present invention relates to a starter arrangement for an internal combustion engine of a motor vehicle, with an electric machine for providing a drive torque and with a gear arrangement which is connected to an output shaft of the electric machine and can be connected to a crankshaft of the internal combustion engine and to a drive shaft of an auxiliary device of the motor vehicle. to drive the crankshaft or the drive shaft, the gear arrangement being designed to connect the drive shaft to the crankshaft in a rotationally fixed manner in a first direction of rotation of the drive shaft and to connect the drive shaft to the drive shaft in a rotationally fixed manner in a second direction of rotation opposite the first direction of rotation, the transmission arrangement is designed as a planetary gear.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einem Klimakompressor.The present invention also relates to a motor vehicle with an internal combustion engine for providing drive power and with an air conditioning compressor.

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine Antriebsleistung mit einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen und die Verbrennungskraftmaschine im Stillstand des Kraftfahrzeugs oder beim antriebslosen Rollen des Kraftfahrzeugs auszuschalten und bei Bedarf durch einen Elektromotor erneut zu starten. Üblicherweise ist ein Startergenerator mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar oder permanent verbunden, um die Verbrennungskraftmaschine für einen derartigen Warmstart anzutreiben und/oder zu starten.In the field of motor vehicle drive technology, it is generally known to provide drive power with an internal combustion engine and to switch off the internal combustion engine when the motor vehicle is stationary or when the motor vehicle is coasting and, if necessary, to start it again using an electric motor. A starter generator is usually connectable or permanently connected to the crankshaft of the internal combustion engine in order to drive and/or start the internal combustion engine for such a warm start.

Zur Reduktion des technischen Aufwandes und des Gewichts des Kraftfahrzeugs ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Elektromotor des Starters der Verbrennungskraftmaschine für mehrere Antriebsfunktionen im Kraftfahrzeug zu verwenden, da der Elektromotor des Starters lediglich zu diskreten Startzeitpunkten der Verbrennungskraftmaschine benötigt wird.In order to reduce the technical complexity and the weight of the motor vehicle, it is known from the prior art to use the electric motor of the starter of the internal combustion engine for several drive functions in the motor vehicle, since the electric motor of the starter is only required at discrete starting times of the internal combustion engine.

Aus der DE 10 2008 036 167 A1 ist beispielsweise ein Startergenerator bekannt, der über eine erste Kupplung mit der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist und mit einer zweiten Kupplung mit einem Klimakompressor verbindbar ist, um die von dem Startergenerator bereitgestellte Antriebsleistung sowohl zum Starten der Verbrennungskraftmaschine als auch zum Betreiben des Klimakompressors zu verwenden. Nachteilig dabei ist es, dass die beiden unabhängigen Kupplungen separat gesteuert werden müssen, um ein wechselndes Öffnen und Schließen der Kupplungen oder entsprechendes Verbinden der Verbrennungskraftmaschine und des Klimakompressors mit dem Startergenerator zu gewährleisten, wodurch der allgemeine technische Aufwand vergleichsweise hoch ist.From the DE 10 2008 036 167 A1 For example, a starter generator is known which can be connected to the internal combustion engine via a first clutch and can be connected to an air conditioning compressor using a second clutch, in order to use the drive power provided by the starter generator both to start the internal combustion engine and to operate the air conditioning compressor. The disadvantage here is that the two independent clutches have to be controlled separately in order to ensure alternating opening and closing of the clutches or corresponding connection of the internal combustion engine and the air conditioning compressor to the starter generator, which means that the general technical effort is comparatively high.

Eine gattungsgemäße Starteranordnung ist aus der US 2003/0 094 317 A1 bekannt. Hierdurch ist es möglich eine elektrische Maschine zum Bereitstellen eines Antriebsmomentes für eine Verbrennungskraftmaschine als auch zum Antrieb eines Zusatzgerätes zu nutzen. Hierzu ist eine Getriebeanordnung mit Kupplungen vorgesehen, die die Komponenten einzeln oder gemeinsam antreibt. Der Aufbau einer derartigen Getriebeanordnung ist komplex und daher teuer.A generic starter assembly is from US 2003/0094317 A1 known. This makes it possible to use an electric machine to provide a drive torque for an internal combustion engine and to drive an additional device. For this purpose, a gear arrangement with clutches is provided, which drives the components individually or together. The construction of such a gear arrangement is complex and therefore expensive.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Starteranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die mit geringem technischem Aufwand sowohl die Verbrennungskraftmaschine als auch ein Zusatzgerät des Kraftfahrzeugs antreiben kann.It is therefore the object of the present invention to provide a starter arrangement for an internal combustion engine of a motor vehicle which can drive both the internal combustion engine and an accessory of the motor vehicle with little technical effort.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Starteranordnung dadurch gelöst, dass das Planetengetriebe als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet ist, das eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Eingangswelle mit einem ersten Sonnenrad verbunden ist, das mit einem ersten Planetenrad kämmt, das mit einem feststehenden Hohlrad kämmt, wobei die Ausgangswelle mit einem zweiten Sonnenrad verbunden ist, das mit einem frei drehbaren zweiten Planetenrad kämmt, wobei das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad über einen Planetenträger miteinander verbunden sind, der mittels eines Freilaufs in einer Drehrichtung mit dem zweiten Sonnenrad drehfest verbindbar ist, wobei die Getriebeanordnung eine Freilaufanordnung aufweist, um die Kurbelwelle bzw. die Antriebswelle drehrichtungsabhängig mit der Abtriebswelle zu verbinden.This object is achieved with the starter arrangement mentioned at the outset in that the planetary gear is designed as a two-speed gear which has an input shaft and an output shaft, the input shaft being connected to a first sun gear which meshes with a first planet gear which is meshes with a fixed ring gear, the output shaft being connected to a second sun gear which meshes with a freely rotatable second planet gear, the first planet gear and the second planet gear being connected to one another via a planet carrier which, by means of a freewheel, rotates in one direction with the second sun gear can be connected in a torque-proof manner, the transmission arrangement having a freewheel arrangement in order to connect the crankshaft or the drive shaft to the output shaft depending on the direction of rotation.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeug gelöst durch eine Starteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.In the motor vehicle mentioned at the outset, this object is achieved by a starter arrangement according to the present invention.

Dadurch, dass die Getriebeanordnung, die mit der Abtriebswelle der elektrischen Maschine verbunden ist und dazu ausgebildet ist, in einer ersten Drehrichtung die Abtriebswelle drehfest mit der Kurbelwelle zu verbinden und in einer zweiten Drehrichtung die Abtriebswelle mit der Antriebswelle des Zusatzgeräts zu verbinden, kann durch einfache Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle das Antriebsmoment der elektrischen Maschine wahlweise auf die Verbrennungskraftmaschine zum Starten der Verbrennungskraftmaschine oder auf die Antriebswelle des Zusatzgeräts des Kraftfahrzeugs übertragen werden, um dieses entsprechend anzutreiben. Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand der Kraftfluss der elektrischen Maschine entsprechend durch Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle geleitet werden, ohne dass weitere Kupplungen gesteuert werden müssen, so dass der technische Aufwand zur Leitung des Kraftflusses reduziert ist. Die Übersetzungsanordnung kann in kompakter Bauform realisiert werden, wobei das Planetengetriebe als Zwei-Gang-Planetengetriebe ausgebildet ist, um die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse zur Übertragung des Antriebsmoments auf die Kurbelwelle oder die Antriebswelle zu realisieren. Hierdurch kann mit technisch geringem Aufwand drehrichtungsabhängig das Übersetzungsverhältnis verändert werden. Durch die Freilaufanordnung kann mit einfachen technischen Mitteln der Kraftfluss drehrichtungsabhängig geleitet werden.The fact that the transmission arrangement, which is connected to the output shaft of the electric machine and is designed to connect the output shaft to the crankshaft in a rotationally fixed manner in a first direction of rotation and to connect the output shaft to the drive shaft of the additional device in a second direction of rotation, can be easily Reversal of the direction of rotation of the output shaft, the drive torque of the electric machine can be transmitted either to the internal combustion engine to start the internal combustion engine or to the drive shaft of the auxiliary device of the motor vehicle in order to drive it accordingly. As a result, with little technical effort wand the power flow of the electric machine can be directed accordingly by reversing the direction of rotation of the output shaft, without having to control additional clutches, so that the technical effort to direct the power flow is reduced. The transmission arrangement can be implemented in a compact design, with the planetary gear being designed as a two-speed planetary gear in order to implement the different transmission ratios for transmitting the drive torque to the crankshaft or the drive shaft. As a result, the transmission ratio can be changed depending on the direction of rotation with little technical effort. Due to the freewheel arrangement, the power flow can be directed depending on the direction of rotation with simple technical means.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.The object of the present invention is thus completely achieved.

Es ist besonders bevorzugt, wenn die Freilaufanordnung zwei entgegengerichtete Freiläufe aufweist.It is particularly preferred if the freewheel arrangement has two oppositely directed freewheels.

Dadurch kann das Antriebsmoment der elektrischen Maschine mit technisch geringem Aufwand drehrichtungsabhängig auf unterschiedliche Abtriebe der Getriebeanordnung übertragen werden.As a result, the drive torque of the electric machine can be transmitted to different output drives of the gear arrangement with little technical effort, depending on the direction of rotation.

Es ist besonders bevorzugt, wenn die entgegengerichteten Freiläufe entsprechend der Kurbelwelle und der Antriebswelle zugeordnet sind.It is particularly preferred if the oppositely directed freewheels are assigned according to the crankshaft and the drive shaft.

Dadurch kann der technische Aufwand weiter reduziert werden, da keine weiteren mechanischen Elemente zum drehfesten Verbinden der Kurbelwelle und der Antriebswelle mit der Abtriebswelle der elektrischen Maschine notwendig sind.As a result, the technical complexity can be further reduced, since no further mechanical elements are required for the non-rotatable connection of the crankshaft and the drive shaft to the output shaft of the electrical machine.

Es ist allgemein bevorzugt, wenn die Getriebeanordnung eine Übersetzungsanordnung aufweist, die zum Übertragen des Antriebsmomentes zwischen der Abtriebswelle und der Kurbelwelle und zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle unterschiedliche Übersetzungen aufweist.It is generally preferred if the transmission arrangement has a transmission arrangement which has different transmission ratios for transmitting the drive torque between the output shaft and the crankshaft and between the output shaft and the input shaft.

Dadurch kann das von der Getriebeanordnung auf die beiden angeschlossenen Komponenten des Kraftfahrzeugs übertragene Drehmoment und die von der Getriebeanordnung übertragene Drehzahl an die Komponenten bedarfsgerecht voreingestellt werden, so dass keine gesonderte Regelung der elektrischen Maschine notwendig ist.As a result, the torque transmitted by the transmission arrangement to the two connected components of the motor vehicle and the rotational speed transmitted by the transmission arrangement to the components can be preset as required, so that no separate control of the electric machine is necessary.

Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle größer ist als das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle und der Kurbelwelle.It is particularly preferred if the transmission ratio between the output shaft and the drive shaft is greater than the transmission ratio between the output shaft and the crankshaft.

Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht mit einem großen Drehmoment gestartet werden und das Zusatzgerät mit einer hohen Drehzahl und einem kleinen Drehmoment betrieben werden.As a result, the internal combustion engine can be started as required with a large torque and the additional device can be operated with a high speed and a small torque.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle im Wesentlichen 1 ist.It is also preferred if the transmission ratio between the output shaft and the input shaft is essentially 1.

Dadurch kann der technische Aufwand für die Übersetzungsanordnung reduziert werden, da die Übertragung des Antriebsmoments auf die Antriebswelle beispielsweise durch einen Direktgang realisiert werden kann.As a result, the technical outlay for the transmission arrangement can be reduced, since the drive torque can be transmitted to the drive shaft, for example, by a direct gear.

Es ist allgemein bevorzugt, wenn das Zusatzgerät ein Kompressor ist, der über die Antriebswelle antreibbar ist.It is generally preferred if the additional device is a compressor that can be driven via the drive shaft.

Dadurch kann ein Zusatzgerät, das ein träges System des Kraftfahrzeugs bildet, kurzzeitig von der elektrischen Maschine entkoppelt werden, ohne dass signifikante Beeinträchtigungen der Funktionsweise des Zusatzgeräts auftreten.As a result, an additional device, which forms an inert system of the motor vehicle, can be decoupled from the electric machine for a short time without the functioning of the additional device being significantly impaired.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Kompressor ein Klimakompressor einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ist.It is particularly preferred if the compressor is an air conditioning compressor of an air conditioning system of a motor vehicle.

Dadurch kann ein System des Kraftfahrzeugs mit der elektrischen Maschine der Starteranordnung verbunden werden, das auch bei häufiger Leistungs- bzw. Antriebsunterbrechung keine signifikanten Funktionseinbußen zeigt.As a result, a system of the motor vehicle can be connected to the electric machine of the starter arrangement, which does not show any significant functional losses even in the case of frequent power or drive interruptions.

Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Starteranordnung sowohl die Verbrennungskraftmaschine bei einem Warmstart oder einem Kaltstart gestartet werden und gleichzeitig mit derselben elektrischen Maschine ein Zusatzgerät des Kraftfahrzeugs mit Antriebsleistung versorgt werden, so dass die elektrische Maschine für zwei Funktionen genutzt werden kann und entsprechend auf eine separate elektrische Maschine im Kraftfahrzeug verzichtet werden kann, wodurch der technische Aufwand und das Gewicht des Kraftfahrzeugs reduziert werden kann.Overall, the starter arrangement according to the invention can be used to start both the internal combustion engine during a warm start or a cold start and at the same time an additional device of the motor vehicle can be supplied with drive power with the same electric machine, so that the electric machine can be used for two functions and correspondingly to a separate electric machine can be dispensed with in the motor vehicle, whereby the technical complexity and the weight of the motor vehicle can be reduced.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Starteranordnung;
  • 2 eine schematische Ansicht einer Starteranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine; und
  • 3 ein Zwei-Gang-Planetengetriebe mit drehrichtungsabhängiger Gangauswahl.
Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
  • 1 a schematic representation of a motor vehicle with a starter arrangement;
  • 2 a schematic view of a starter arrangement for an internal combustion engine; and
  • 3 a two-speed planetary gear with direction-dependent gear selection.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf mit einer Verbrennungskraftmaschine 14, die eine Antriebsleistung zum Antreiben von angetriebenen Rädern 16R, 16L bereitstellt. Die Verbrennungskraftmaschine 14 ist über eine Kurbelwelle 18 und eine Kupplung 20 mit einem Getriebe 22 verbunden, das an einer Kardanwelle 24 ein Antriebsmoment bereitstellt. Das Antriebsmoment wird über ein Differential 24 an die angetriebenen Räder 16R, 16L zum Antreiben des Kraftfahrzeugs übertragen.In 1 a motor vehicle is shown schematically and generally designated 10 . The motor vehicle 10 has a powertrain 12 with an internal combustion engine 14 that provides motive power for driving driven wheels 16R, 16L. The internal combustion engine 14 is connected via a crankshaft 18 and a clutch 20 to a transmission 22 which provides a drive torque on a cardan shaft 24 . The driving torque is transmitted through a differential 24 to the driven wheels 16R, 16L for driving the automobile.

Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner eine Starteranordnung 30 zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 14 auf. Die Starteranordnung 30 weist eine elektrische Maschine 32 auf, die an einer Abtriebswelle 34 ein Antriebsmoment M bereitstellt. Die Abtriebswelle 34 ist mit einem Getriebe 36 verbunden, das sowohl mit der Kurbelwelle 18 der Verbrennungskraftmaschine 14 als auch mit einer Antriebswelle 38 eines Zusatzgeräts 40 verbunden bzw. verbindbar ist. Das Zusatzgerät 40 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ein Kompressor, der einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 10 zugeordnet ist, um der Klimaanlage eine entsprechende Kompression bereitzustellen.The motor vehicle 10 also has a starter arrangement 30 for starting the internal combustion engine 14 . The starter arrangement 30 has an electric machine 32 which provides a drive torque M on an output shaft 34 . The output shaft 34 is connected to a transmission 36 which is connected or can be connected both to the crankshaft 18 of the internal combustion engine 14 and to a drive shaft 38 of an auxiliary device 40 . In the embodiment shown here, the additional device 40 is a compressor which is associated with an air conditioning system of the motor vehicle 10 in order to provide the air conditioning system with appropriate compression.

Die elektrische Maschine 32 ist in beiden Drehrichtungen antreibbar, so dass die Abtriebswelle 34 in beiden Drehrichtungen das Antriebsmoment M an das Getriebe 36 übertragen kann.The electric machine 32 can be driven in both directions of rotation, so that the output shaft 34 can transmit the drive torque M to the transmission 36 in both directions of rotation.

Das Getriebe 36 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Drehrichtung der Abtriebswelle 34 die Kurbelwelle 18 der Verbrennungskraftmaschine 14 oder die Antriebswelle 38 des Zusatzgeräts 40 anzutreiben bzw. ein entsprechendes Drehmoment auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 zu übertragen. Dadurch kann die elektrische Maschine 32 in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle 34 zum Starten bzw. Anlassen der Verbrennungskraftmaschine 14 bei einem Warmstart oder einem Kaltstart verwendet werden und in einer zweiten Drehrichtung der Abtriebswelle 34 zum Betreiben des Zusatzgeräts 40 bzw. des Kompressors 40 dienen. Durch die besondere Ausgestaltung des Getriebes 36 ist dabei zum Umschalten zwischen der Übertragung des Antriebsmoments M auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 lediglich die Drehrichtungsumkehr notwendig. Dadurch kann der Leistungsfluss mit einfachen technischen Mitteln und ohne gesonderte Steuerung auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 gelenkt werden.The transmission 36 is designed to drive the crankshaft 18 of the internal combustion engine 14 or the drive shaft 38 of the additional device 40 or to transmit a corresponding torque to the crankshaft 18 or the drive shaft 38 depending on a direction of rotation of the output shaft 34 . As a result, electric machine 32 can be used in a first direction of rotation of output shaft 34 to start or start internal combustion engine 14 during a warm start or a cold start, and can be used in a second direction of rotation of output shaft 34 to operate auxiliary device 40 or compressor 40. Due to the special design of the transmission 36, only the reversal of the direction of rotation is necessary to switch between the transmission of the drive torque M to the crankshaft 18 or the drive shaft 38. As a result, the power flow can be directed to the crankshaft 18 or the drive shaft 38 using simple technical means and without a separate control.

Durch die drehrichtungsabhängige Anbindung der elektrischen Maschine 32 kann diese synergetisch sowohl zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 14 und zum Antreiben des Zusatzgeräts 40, in diesem Fall des Kompressors 40, verwendet werden, so dass der gesamttechnische Aufwand des Kraftfahrzeugs 10 und des Gesamtgewichts des Kraftfahrzeugs 10 reduziert werden kann.Due to the direction of rotation-dependent connection of the electric machine 32, it can be used synergistically both to start the internal combustion engine 14 and to drive the additional device 40, in this case the compressor 40, so that the overall technical complexity of the motor vehicle 10 and the overall weight of the motor vehicle 10 are reduced can.

Da der Klimakreislauf des Kraftfahrzeugs 10 ein vergleichsweise träges System bildet, beeinflusst eine kurzzeitige Leistungsunterbrechung, wenn die Verbrennungskraftmaschine 14 gestartet wird, nicht die Funktion des Klimakreislaufs des Kraftfahrzeugs 14, so dass auch häufige Warmstarts, zum Beispiel bei einer Start-Stopp-Funktion, keine negativen Folgen haben.Since the air conditioning circuit of the motor vehicle 10 forms a comparatively sluggish system, a brief power interruption when the internal combustion engine 14 is started does not affect the function of the air conditioning circuit of the motor vehicle 14, so that frequent warm starts, for example with a start-stop function, do not have negative consequences.

Das Getriebe 36 ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, das das Antriebsmoment M in unterschiedlichen Übersetzungen auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 überträgt, wie es im Weiteren näher erläutert ist. Dadurch kann die elektrische Maschine in beiden Drehrichtungen in einem vordefinierten optimalen Arbeitsgang betrieben werden und die Verbrennungskraftmaschine 14 sowie der Kompressor 40 können mit einer optimierten Drehzahl und einem optimierten Drehmoment betrieben bzw. gestartet werden. Dabei wird das Antriebsmoment M auf die Kurbelwelle 18 derart übersetzt, dass ein wesentlich größeres Drehmoment auf die Kurbelwelle 18 übertragen wird und die Kurbelwelle 18 mit einer wesentlich kleineren Drehzahl als die Abtriebswelle 34 rotiert. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle 34 und der Antriebswelle 38 ist vorzugsweise gleich 1 oder nahezu 1, so dass die Übersetzung beispielsweise als Direktgang ausgebildet werden kann.The gear 36 is preferably designed as a planetary gear, which transmits the drive torque M in different gear ratios to the crankshaft 18 or the drive shaft 38, as is explained in more detail below. As a result, the electric machine can be operated in both directions of rotation in a predefined, optimal work cycle, and the internal combustion engine 14 and the compressor 40 can be operated or started with an optimized speed and an optimized torque. In this case, the drive torque M is transferred to the crankshaft 18 in such a way that a significantly greater torque is transmitted to the crankshaft 18 and the crankshaft 18 rotates at a significantly lower speed than the output shaft 34 . The transmission ratio between the output shaft 34 and the input shaft 38 is preferably equal to 1 or almost 1, so that the translation can be designed as a direct gear, for example.

In 2 ist die Starteranordnung 30 mit der angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine 14 und dem angeschlossenen Zusatzgerät 40 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.In 2 the starter arrangement 30 with the connected internal combustion engine 14 and the connected additional device 40 is shown schematically. Identical elements are denoted by the same reference symbols, only the special features being explained here.

Die elektrische Maschine 32 stellt an der Abtriebswelle 34 das Antriebsmoment M, wobei die Abtriebswelle 34 mit einer Drehzahl n1 rotiert. Die elektrische Maschine 32 ist in beide Drehrichtungen antreibbar und stellt entsprechend in eine erste und eine zweite Drehrichtung das Antriebsmoment M und die Drehzahl n1 bereit. Die Abtriebswelle 34 ist mit dem Getriebe 36 verbunden, das zwei Abtriebswellen 42, 44 aufweist, um die Antriebswelle 38 des Kompressors 40 bzw. die Kurbelwelle 18 der Verbrennungskraftmaschine 14 anzutreiben.The electric machine 32 provides the drive torque M on the output shaft 34, with the output shaft 34 rotating at a speed n 1 . The electrical machine 32 can be driven in both directions of rotation and correspondingly provides the drive torque M and the speed n 1 in a first and a second direction of rotation. The output shaft 34 is connected to the transmission 36, which has two output shafts 42, 44 to the drive shaft 38 of the Compressor 40 and the crankshaft 18 of the internal combustion engine 14 to drive.

Das Getriebe 36 weist zwei Freiläufe auf, um in Abhängigkeit einer Drehrichtung der Abtriebswelle 34 die erste Abtriebswelle 42, die mit der Kurbelwelle 18 verbunden ist, oder die zweite Abtriebswelle 44, die mit der Antriebswelle 38 verbunden ist, anzutreiben. Dadurch kann durch einfache Drehrichtungsumkehr der elektrischen Maschine 32 bzw. der Abtriebswelle 34 der Leistungsfluss auf die Verbrennungskraftmaschine 14 oder den Kompressor 40 übertragen werden, so dass der Steuerungsaufwand des Leistungsflusses erheblich reduziert ist.The transmission 36 has two freewheels in order to drive the first output shaft 42, which is connected to the crankshaft 18, or the second output shaft 44, which is connected to the drive shaft 38, depending on a direction of rotation of the output shaft 34. As a result, the power flow can be transferred to the internal combustion engine 14 or the compressor 40 by simply reversing the direction of rotation of the electric machine 32 or the output shaft 34, so that the effort required to control the power flow is significantly reduced.

Das Getriebe 36 weist unterschiedliche Gangstufen bzw. Übersetzungsverhältnisse auf, die entsprechend mit der ersten Abtriebswelle 42 oder der zweiten Abtriebswelle 44 verbunden sind, um das Antriebsmoment M und die Drehzahl n1 in unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen auf die Kurbelwelle 18 bzw. die Antriebswelle 38 übertragen kann. Das Getriebe 36 ist dabei vorzugsweise als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet, das entsprechend der Drehrichtung der Abtriebswelle 34 das Antriebsmoment M und die Drehzahl n1 in unterschiedlichen Übersetzungen an die beiden Abtriebswellen 42, 44 überträgt. Die erste Abtriebswelle 42 rotiert dabei mit einer Drehzahl n2 und überträgt ein Drehmoment M2. Die zweite Abtriebswelle 44 rotiert dabei mit einer Drehzahl n3 und überträgt das Drehmoment M3.The transmission 36 has different gear stages or transmission ratios, which are connected to the first output shaft 42 or the second output shaft 44 in order to be able to transmit the drive torque M and the speed n 1 to the crankshaft 18 or the drive shaft 38 in different transmission ratios. The transmission 36 is preferably designed as a two-speed transmission which, depending on the direction of rotation of the output shaft 34, transmits the drive torque M and the speed n 1 to the two output shafts 42, 44 in different gear ratios. The first output shaft 42 rotates at a speed n 2 and transmits a torque M 2 . The second output shaft 44 rotates at a speed n 3 and transmits the torque M 3 .

Die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes 36 sind dabei so eingestellt, dass die Drehzahl n3 ungefähr gleich ist mit der Drehzahl n1 und entsprechend das Übersetzungsverhältnis i ungefähr gleich 1 ist. Folglich ist das Drehmoment M3 gleich dem Antriebsmoment M. Das Übersetzungsverhältnis der ersten Abtriebswelle 42, die mit der Kurbelwelle 18 verbunden ist, ist dabei wesentlich größer als 1 (i » 1), so dass das Drehmoment M2 wesentlich größer ist als das Antriebsmoment M und die Drehzahl n2 wesentlich kleiner ist als die Drehzahl n1.The transmission ratios of the transmission 36 are set in such a way that the rotational speed n 3 is approximately the same as the rotational speed n 1 and, accordingly, the transmission ratio i is approximately equal to 1. Consequently, the torque M 3 is equal to the drive torque M. The transmission ratio of the first output shaft 42, which is connected to the crankshaft 18, is significantly greater than 1 (i » 1), so that the torque M 2 is significantly greater than the drive torque M and the speed n 2 is significantly smaller than the speed n 1 .

Die Kurbelwelle 18 ist mit der ersten Abtriebswelle 42 über ein Zahnrad 46 verbunden und entsprechend mit der Abtriebswelle 42 permanent eingespurt, wobei der ersten Abtriebswelle 42 ein weiterer Freilauf zugeordnet sein kann, um die Kurbelwelle 18 lediglich in einer Drehrichtung mit dem Getriebe zu verbinden.The crankshaft 18 is connected to the first output shaft 42 via a gear 46 and correspondingly permanently meshed with the output shaft 42, with the first output shaft 42 being able to be assigned a further freewheel in order to connect the crankshaft 18 to the transmission in only one direction of rotation.

Das Getriebe 36 ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, um eine kompakte Bauform zu ermöglichen. Das Planetengetriebe ist dabei vorzugsweise als Zwei-Gang-Planetengetriebe ausgebildet, das automatisch in Abhängigkeit der Drehrichtung der Abtriebswelle 34 zwischen den beiden Übersetzungsstufen hin und her schalten kann. In 3 ist ein Zwei-Gang-Planetengetriebe zur Verwendung in dem Getriebe 36 schematisch dargestellt und allgemein mit 50 bezeichnet.The gear 36 is preferably designed as a planetary gear to enable a compact design. The planetary gear is preferably designed as a two-speed planetary gear that can automatically switch back and forth between the two transmission stages depending on the direction of rotation of the output shaft 34 . In 3 1, a two-speed planetary gear set for use in transmission 36 is shown schematically and generally designated 50. FIG.

Das Zwei-Gang-Planetengetriebe 50 weist eine Eingangswelle 52 und eine Ausgangswelle 54 auf. Die Eingangswelle 52 ist mit einem ersten Sonnenrad 56 verbunden, das mit einem ersten Planetenrad 58 kämmt, das mit einem feststehenden Hohlrad 60 kämmt. Die Ausgangswelle 54 ist mit einem zweiten Sonnenrad 62 verbunden, das mit einem frei drehbaren zweiten Planetenrad 64 kämmt. Das erste Planetenrad 58 und das zweite Planetenrad 64 sind über einen Planetenträger 66 miteinander verbunden, der mittels eines Freilaufs 68 in einer Drehrichtung mit dem zweiten Sonnenrad 62 drehfest verbindbar ist.The two-speed planetary gear 50 has an input shaft 52 and an output shaft 54 . The input shaft 52 is connected to a first sun gear 56 which meshes with a first planetary gear 58 which meshes with a stationary ring gear 60 . The output shaft 54 is connected to a second sun gear 62 which meshes with a freely rotatable second planetary gear 64 . The first planet gear 58 and the second planet gear 64 are connected to one another via a planet carrier 66 which can be connected in a rotationally fixed manner to the second sun gear 62 by means of a freewheel 68 in one direction of rotation.

Durch den Freilauf 68 wird in einer Drehrichtung der Eingangswelle 52 der Planetenträger 66 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 62 verbunden, so dass eine erste Übersetzung gebildet ist und in einer entgegengesetzten Drehrichtung treibt das erste Planetenrad 58 das zweite Planetenrad 64 und das zweite Planetenrad 64 das zweite Sonnenrad 62 an, so dass in der zweiten Drehrichtung eine zweite Übersetzung eingestellt ist. Dadurch können drehrichtungsabhängig unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse durch das Zwei-Gang-Planetengetriebe 50 bereitgestellt werden.By means of freewheel 68, planetary carrier 66 is connected in a rotationally fixed manner to second sun gear 62 in one direction of rotation of input shaft 52, so that a first gear ratio is formed, and in an opposite direction of rotation, first planetary gear 58 drives second planetary gear 64 and second planetary gear 64 drives the second Sun gear 62, so that a second translation is set in the second direction of rotation. As a result, different transmission ratios can be provided by the two-speed planetary gear 50 depending on the direction of rotation.

Dieses Zwei-Gang-Planetengetriebe 50 wird vorzugsweise in dem Getriebe 36 verwendet, wobei die Ausgangswelle 54 jeweils über einen separaten Freilauf mit der ersten Abtriebswelle 42 und der zweiten Abtriebswelle 44 verbunden ist, um entsprechend drehrichtungsabhängig die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 anzutreiben. This two-speed planetary gear 50 is preferably used in the gear 36, with the output shaft 54 being connected to the first output shaft 42 and the second output shaft 44 via a separate freewheel in each case in order to drive the crankshaft 18 or the drive shaft 38 depending on the direction of rotation.

Dadurch kann insgesamt mit technisch geringem Aufwand drehrichtungsabhängig zwischen dem Antrieb der Verbrennungskraftmaschine 14 und dem Kompressor 40 umgeschaltet werden.As a result, it is possible to switch between the drive of the internal combustion engine 14 and the compressor 40 depending on the direction of rotation with little technical effort.

Claims (9)

Starteranordnung (30) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: - einer elektrischen Maschine (32) zum Bereitstellen eines Antriebsmoments (M), - einer Getriebeanordnung (36), die mit einer Abtriebswelle (34) der elektrischen Maschine (32) verbunden ist und mit einer Kurbelwelle (18) der Verbrennungskraftmaschine (14) sowie einer Antriebswelle (38) eines Zusatzgeräts (40) des Kraftfahrzeugs (10) verbindbar ist, um die Kurbelwelle (18) oder die Antriebswelle (38) anzutreiben, wobei die Getriebeanordnung (36) dazu ausgebildet ist, in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle (34) die Abtriebswelle (34) drehfest mit der Kurbelwelle (18) zu verbinden und in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung die Abtriebswelle (34) mit der Antriebswelle (38) drehfest zu verbinden, wobei die Getriebeanordnung (36) als Planetengetriebe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (36) als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet ist, das eine Eingangswelle (52) und eine Ausgangswelle (54) aufweist, wobei die Eingangswelle (52) mit einem ersten Sonnenrad (56) verbunden ist, das mit einem ersten Planetenrad (58) kämmt, das mit einem feststehenden Hohlrad (60) kämmt, wobei die Ausgangswelle (54) mit einem zweiten Sonnenrad (62) verbunden ist, das mit einem frei drehbaren zweiten Planetenrad (64) kämmt, wobei das erste Planetenrad (58) und das zweite Planetenrad (64) über einen Planetenträger (66) miteinander verbunden sind, der mittels eines Freilaufs (68) in einer Drehrichtung mit dem zweiten Sonnenrad (62) drehfest verbindbar ist, wobei die Getriebeanordnung (36) eine Freilaufanordnung aufweist, um die Kurbelwelle (18) bzw. die Antriebswelle (38) drehrichtungsabhängig mit der Abtriebswelle (34) zu verbinden.Starter arrangement (30) for an internal combustion engine (14) of a motor vehicle (10), with: - an electric machine (32) for providing a drive torque (M), - a gear arrangement (36) connected to an output shaft (34) of the electric machine (32) and can be connected to a crankshaft (18) of the internal combustion engine (14) and to a drive shaft (38) of an additional device (40) of the motor vehicle (10) in order to drive the crankshaft (18) or the drive shaft (38), wherein the transmission arrangement (36) is designed to connect the output shaft (34) in a rotationally fixed manner to the crankshaft (18) in a first direction of rotation of the output shaft (34) and in one of the first to connect the output shaft (34) to the drive shaft (38) in the opposite direction of rotation in a rotationally fixed manner, the gear arrangement (36) being designed as a planetary gear, characterized in that the planetary gear (36) is designed as a two-speed gear, the one input shaft (52) and an output shaft (54), the input shaft (52) being connected to a first sun gear (56) which meshes with a first planet gear (58) which meshes with a stationary ring gear (60), the output shaft (54) is connected to a second sun wheel (62) which meshes with a freely rotatable second planet wheel (64), the first planet wheel (58) and the second planet wheel (64) being connected to one another via a planet carrier (66), which can be connected in one direction of rotation to the second sun gear (62) by means of a freewheel (68) in a rotationally fixed manner, the transmission arrangement (36) having a freewheel arrangement in order to rotate the crankshaft (18) or the A Connect the input shaft (38) to the output shaft (34) depending on the direction of rotation. Starteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufanordnung zwei entgegengerichtete Freiläufe aufweist.starter arrangement claim 1 , characterized in that the freewheel arrangement has two opposing freewheels. Starteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegengerichtete Freiläufe entsprechend der Kurbelwelle (18) und der Antriebswelle (38) zugeordnet sind.starter arrangement claim 2 , characterized in that the opposing freewheels are associated with the crankshaft (18) and the drive shaft (38). Starteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (36) eine Übersetzungsanordnung (50) aufweist, die zum Übertragen des Antriebsmomentes (M) zwischen der Abtriebswelle (34) und der Kurbelwelle (18) und zwischen der Abtriebswelle (34) und der Antriebswelle (38) unterschiedliche Ubersetzungen (i) aufweist.Starter arrangement according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the transmission arrangement (36) has a transmission arrangement (50) for transmitting the drive torque (M) between the output shaft (34) and the crankshaft (18) and between the output shaft (34) and the drive shaft (38) different translations (i). Starteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis (i) zwischen der Abtriebswelle (34) und der Antriebswelle (38) größer ist als das Übersetzungsverhältnis (i) zwischen der Abtriebswelle (34) und der der Kurbelwelle (18).starter arrangement claim 4 , characterized in that the transmission ratio (i) between the output shaft (34) and the input shaft (38) is greater than the transmission ratio (i) between the output shaft (34) and that of the crankshaft (18). Starteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis (i) zwischen der Abtriebswelle (34) und der Antriebswelle (38) 1 ist.starter arrangement claim 4 or 5 , characterized in that the transmission ratio (i) between the output shaft (34) and the input shaft (38) is 1. Starteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzgerät (40) ein Kompressor (40) ist, der über die Antriebswelle (38) antreibbar ist.Starter arrangement according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the additional device (40) is a compressor (40) which can be driven via the drive shaft (38). Starteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (40) ein Klimakompressor einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs (10) ist.starter arrangement claim 7 , characterized in that the compressor (40) is an air conditioning compressor of an air conditioning system of the motor vehicle (10). Kraftfahrzeug (10) mit einer Verbrennungskraftmaschine (14) zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einem Klimakompressor und mit einer Starteranordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Motor vehicle (10) with an internal combustion engine (14) for providing drive power, an air conditioning compressor and with a starter arrangement (30) according to one of Claims 1 until 8th .
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