DE102014221302A1

DE102014221302A1 - Doppelter antriebsplatten-dämpfer für hybridelektrische fahrzeuge

Info

Publication number: DE102014221302A1
Application number: DE201410221302
Authority: DE
Inventors: John E. Brevick; Steven A. Frait; Keith A. Devereaux
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2015-04-30
Also published as: US20150114787A1; CN104553734A; CN104553734B; US9243672B2

Abstract

Eine Baugruppe enthält einen mit einer Achse konzentrischen Motorabtrieb, einen Antrieb, ein Anfahrzahnrad, eine erste Antriebsplatte, die an dem Motorabtrieb befestigt ist, enthaltend einen Rand, der das Anfahrzahnrad trägt, und Arme, die sich von der Achse radial nach außen erstrecken, und eine zweite Antriebsplatte, die drehbar an dem Antrieb befestigt ist und an einem Ort, der von der Achse radial nach außen beabstandet ist, an der ersten Antriebsplatte befestigt ist.

Description

Diese Erfindung betrifft einen Antriebsstrang hybridelektrischer Fahrzeuge, insbesondere ein Antriebsstrangmodul, das zwischen einem Motorabtrieb und einem Getriebeantrieb installiert und daran befestigt werden kann.
Hybridelektrische Fahrzeuge (HEVs) weisen sowohl einen Verbrennungsmotor als auch eine elektrische Maschine auf, die alternativ oder in Kombination zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Eine Vielfalt von verschiedenen Antriebssträngen wird in Hybridfahrzeugen verwendet, wie eine parallele Konfiguration, in der der Verbrennungsmotor über eine Ausrückkupplung mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei der Elektromotor einen Drehmomentwandlerantrieb einer automatischen Leistungsübertragung antreibt. Das Getriebe weist einen Abtrieb auf, der mit einem Differenzial verbunden ist, das an die beiden angetriebenen Räder des Fahrzeugs gekoppelt ist.
Im Gewerbe besteht ein Bedarf nach einem hybridelektrischen Antriebsstrang, der eine modulare Unterbaugruppe zur Verwendung mit einer Vielfalt von Motoren und Getrieben enthält, so dass das Modul zwischen einem Abtrieb eines einer Zahl von Motoren und an einen Antrieb eines einer Zahl von Getrieben installiert und daran befestigt werden kann. Der zusammengebaute Antriebsstrang kann dann in einer Vielfalt von Fahrzeugen eingesetzt werden. Das Modul sollte eine hydraulisch betätigte Ausrückkupplung, die elektrische Maschine und geeignete Leistungswege zwischen dem Motor und der elektrischen Maschine zu dem Getriebeantrieb enthalten. Vorzugsweise stellt das Modul eine hydraulische Kommunikation vom Hydrauliksystem des Getriebes zu der Kupplung, eine Ausgleichsperre und die elektrische Maschine bereit. Das Modul muss eine Ölwanne bereitstellen, die Hydraulikflüssigkeit enthält, die dem Modul zugeführt wird, und einen Weg zum kontinuierlichen Zurückleiten dieser Flüssigkeit zur Ölwanne des Getriebes, so dass die Getriebepumpe kontinuierlich und zuverlässig mit Flüssigkeit versorgt wird.
Das Modul sollte niedrige Herstellungs- und Einbaukosten, keine Modifikation der Fahrzeugkarosserie und zuverlässige Leistung erfordern.
Dieses Modul wird manchmal als Frontmodul (FM) bezeichnet, da es Teil des MHT ist und vor das Getriebe geschraubt wird. Da dieses Modul dem grundlegenden Antriebsstrang ausschließlich in der Länge hinzugefügt wird, ist es wünschenswert, das Modul so kurz wie möglich zu machen. Die Verbindung zwischen dem Motor und dem FM weist gewöhnlich einen Dämpfer auf, um die Keilnut der FM-Antriebswelle vor Torsionsvibrationen des Motors zu schützen. Der Dämpfer vergrößert die Länge und Kosten des Antriebsstrangs.
Der Dämpfer weist eine natürliche Frequenz auf, die bei jedem Anstellen und Abstellen des Motors durchlaufen wird. Der Dämpfer erhöht außerdem die Trägheit des Antriebsstrangs, wodurch möglicherweise die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und -leistung reduziert werden.
Eine Baugruppe enthält einen mit einer Achse konzentrischen Motorabtrieb, einen Antrieb, ein Anfahrzahnrad, eine erste Antriebsplatte, die an dem Motorabtrieb befestigt ist, enthaltend einen Rand, der das Anfahrzahnrad trägt, und Arme, die sich von der Achse radial nach außen erstrecken, und eine zweite Antriebsplatte, die drehbar an dem Antrieb befestigt ist und an einem Ort, der von der Achse radial nach außen beabstandet ist, an der ersten Antriebsplatte befestigt ist.
Die Baugruppe erfordert eine kurze axiale Länge, lässt sich einfach auf der Motorkurbelwelle installieren und weist niedrige Herstellungs- und Einbaukosten auf.
Die mechanischen Eigenschaften wie Biege- und Torsionssteifigkeit der Arme und Aussparungen der Antriebsplatten können entworfen werden, um Nachgiebigkeit bereitzustellen und zyklisches Drehmoment (aufgrund der Zündungsereignisse der Motorzylinder) und Belastung in beiden Drehmomentrichtungen auf nachgeschaltete Komponenten zu reduzieren.
Der Rahmen der Anwendbarkeit der bevorzugten Ausführungsform wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obgleich sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung aufzeigen, nur zur Veranschaulichung angeführt werden. Verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen werden Fachleuten im Fachgebiet offenkundig werden.
Die Erfindung wird einfacher verständlich durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, von denen:
die 1A und 1B eine seitliche Querschnittansicht eines Antriebsstrangmoduls zeigen, die eine vorderseitige Verbindung mit einem Motorabtrieb und eine rückseitige Verbindung mit einem Antrieb eines Getriebe-Drehmomentwandlers darstellen;
2 eine seitliche Querschnittansicht eines Antriebsstrangs der 1A und 1B zeigt, die einen mit dem Motorabtrieb und der Antriebswelle verbundenen doppelten Antriebsplatten-Dämpfer darstellt;
3 eine Vorderansicht der Zahnkranzscheibe zeigt, die mit dem Motorabtrieb verbunden ist;
4 eine Vorderansicht der Zahnkranzscheibe zeigt, die mit der Antriebswelle verbunden ist; und
5 einen Querschnitt zeigt, der an den Ebenen 5-5 in den 3 und 4 genommen wurde.
Die 1A und 1B veranschaulichen ein Modul 10 eines Antriebsstrangs für ein hybridelektrisches Fahrzeug, das einen Motor enthält mit einem drehenden Abtrieb 12; einen Torsionsdämpfer 14, befestigt an dem Motorabtrieb 12; eine Antriebswelle 16, befestigt durch eine Keilnut 18 an einen Abtrieb 20 des Dämpfers 14; eine Ausrückkupplung 22, getragen auf einer Kupplungsnabe 24, die durch eine Keilnut 26 an die Antriebswelle 16 befestigt ist; eine elektrische Maschine 28, die einen Stator 30 enthält, geschraubt an ein vorderes Querblech 32, und einen Rotor 34, getragen von einem ersten Bein 36 und einem zweiten Bein 38 für Drehung um eine Achse 39; eine Rotornabe 40, befestigt vorzugsweise durch eine Schweißung an dem Bein 38; und eine Zahnkranzscheibe 42, befestigt an einem Ende durch eine Keilnutverbindung 44 an der Rotornabe 40 und befestigt an dem gegenüberliegenden Ende durch Schrauben 46 an dem Drehmomentwandler-Gehäuse 48, das einen hydrokinetischen Drehmomentwandler 49 umschließt. Die elektrische Maschine 28 kann ein Elektromotor oder ein elektrischer Motor-Generator sein.
Drehmomentwandler, die zur Verwendung im Antriebsstrang geeignet sind, werden in den 4a, 4b, 5, 12 und 15 der US-Patentanmeldung Nr. 13/325,101, eingereicht am 14. Dezember 2011, deren gesamte Offenbarung hierin durch Literaturverweis aufgenommen ist, offenbart und unter Bezugnahme darauf beschrieben.
Der Drehmomentwandler 49 enthält ein Flügelrad, das sich im Gehäuse 48 befindet und daran befestigt ist; eine Flügelturbine, hydrokinetisch von dem Flügelrad angetrieben und durch eine Keilnut 50 an der Antriebswelle 52 eines Automatikgetriebes 54 befestigt; und ein Flügelstatorrad, angeordnet zwischen der Turbine und dem Stator und befestigt an einer Statorwelle 56, die gegen Drehung an einem Getriebegehäuse 58 gehalten wird.
Ein hinteres Querblech 60, befestigt mit Schrauben 62 an dem Getriebegehäuse 58, ist als seine radiale innere Oberfläche mit einer Hydraulikdichtung 64, die die radiale äußere Oberfläche der Rotornabe 40 berührt, angebracht.
Ein Schwungrad 66, befestigt mit Schrauben 68 a dem drehenden Abtrieb 12 des Motors, trägt ein Motor-Anfahrzahnrad 70, das durch eine Scheibe 72 befestigt ist, geschweißt an das Anfahrzahnrad und Schwungrad.
Ein Lager 74 trägt das erste Bein 36 für Drehung an dem vorderen Querblech 32. Ein Lager 76 trägt das zweite Bein 38 für Drehung an der Rotornabe 40. Ein Rohr 78, das mit der Achse 39 ausgerichtet ist und den Rotor 34 für Drehung um die Achse trägt, ist an dem ersten Bein 36 und zweiten Bein 38 befestigt. Lippen 80, 82 an dem vorderen bzw. hinteren Ende des Rohrs 78 können radial nach außen gerollt werden, um den Rotor 34 an dem Rohr 78 zu befestigen und axiale Versetzung des Rotors 34 relativ zu dem Rohr zu verhindern. Die innere Oberfläche des Rohrs 78 ist mit einer axialen Keilnut 81 gebildet, die von den Beinen 36, 38 und abwechselnden Platten 83 der Ausrückkupplung 22 in Eingriff genommen wird. Die Reibungsplatten 84 der Kupplung 22 sind mit einer axialen Keilnut befestigt, gebildet an der radialen äußeren Oberfläche der Kupplungsnabe 24.
Ein hydraulisches Servoelement zum Betätigen der Kupplung 22 enthält einen Kolben 86, eine Ausgleichsperre 88, eine Rückholfeder 90 und Hydraulikleitungen zum Übertragen von Betätigungsdruck zu dem Drucksteuervolumen 92 an der rechten Seite des Kolbens 86 und zu dem Druckausgleichsvolumen 94 an der linken Seite des Kolbens. Der Kolben 86 bewegt sich nach links in einem Zylinder, gebildet von dem hinteren Bein 38, wenn dem Volumen 92 Betätigungsdruck und Hydraulikflüssigkeit durch Verwendung der Dichtungen 151 und 152 zugeführt wird, wodurch bewirkt wird, dass die Kupplung 22 einrückt und den Rotor 34 und den Motorabtrieb 12 durch den Dämpfer 14, die Antriebswelle 16, die Kupplungsnabe 24 und die Kupplung 22 antreibbar verbindet.
Da der Kolben 86, die Ausgleichsperre 88 und die Rückholfeder 90 auf der Rotornabe 40 getragen werden, ist das Trägheitsmoment des Kolbens 86, der Ausgleichsperre 88 und der Rückholfeder 90 an der Abtriebseite angeordnet, d. h. der Rotorseite der Kupplung 22.
Der Rotor 34 ist kontinuierlich durch den Drehmomentweg, der das hintere Bein 38, die Rotornabe 40, die Zahnkranzscheibe 42, das Drehmomentwandler-Gehäuse 48, die hydrodynamische Antriebsverbindung zwischen dem Drehmomentwandler-Flügelrad und der Turbine, die mit der Keilnut 50 mit der Getriebe-Antriebswelle 52 verbunden ist, enthält, mit der Getriebe-Antriebswelle 52 antreibbar verbunden
Ein Drehmelder 100, ein im hohen Maße genauer Typ eines sich drehenden elektrischen Transformators, der zum Messen von Drehungsgraden verwendet wird, ist mit Schrauben 102 an dem vorderen Querblech 32 befestigt, wird auf dem vorderen Querblech 32 und ersten Bein getragen und ist axial zwischen dem vorderen Querblech 32 und dem hinteren Querblech 60 angeordnet.
Die Zähne der Keilnut 44, die eine drehende Antriebsverbindung zwischen der Zahnkranzscheibe 42 und der Rotornabe 40 bilden, sind derart zusammengesetzt, dass kein Spiel erzeugt wird, wenn Drehmoment zwischen der Zahnkranzscheibe und Rotornabe übertragen wird. Die Zahnkranzscheibe 42 ist mit einem dickwandigen Abschnitt 104 gebildet, der eine Gewindebohrung 106 aufweist, die an einem Steg 108 endet. Die externen Keilnutzähne an der Zahnkranzscheibe 42 werden axial in Eingriff mit den internen Keilnutzähnen an der Rotornabe 40 durch Schrauben 110 gedrückt, die Gewindebohrungen im rechten Ende der Rotornabe 40 in Eingriff nehmen. Die in Eingriff befindlichen Keilnutzähne an der Keilnutverbindung 44 werden nach Entfernen der Schrauben 110 und Einschrauben einer größeren Schraube in die Bohrung 106, so dass die Schraube den Steg berührt und dadurch die Zahnkranzscheibe axial nach rechts drückt, gelöst.
Die Rotornabe 40 ist mit mehreren axial gerichteten Hydraulikdurchgängen 120 und lateral gerichteten Durchgängen 122, 124, 126, 128, 129 gebildet, die Hydraulikflüssigkeit und -druck zum Modul 10 von dem Hydrauliksystem des Getriebes 54 befördern. Die Durchgänge 122, 124, 126, 128, 129 befördern Hydraulikflüssigkeit und darin enthaltenen -druck zu dem Steuervolumen 92 des Servoelements der Kupplung 22, angeordnet an der rechten Seite des Kolbens 86, zu dem Druckausgleichsvolumen 94 zwischen der Ausgleichsperre 88 und dem Kolben, zu einem Schaltmagnet mit variabler Kraft (VFS) 130 und zu den Oberflächen des Rotors 34 und Stators 30, wobei diese Oberflächen von der Flüssigkeit gekühlt werden. Das hintere Querblech 60 ist mit dem Durchgang 128 gebildet, der hydraulisch mit dem VFS 130 kommuniziert.
Das hintere Querblech 60 trägt eine Wanne 132, die Flüssigkeit enthält, die dem Modul 10 aus dem Hydrauliksystem des Getriebes 54 zugeführt wird. Das Getriebe 54 enthält eine Wanne 136, die Hydraulikflüssigkeit enthält, die durch eine Getriebepumpe 134 dem Getriebe-Hydrauliksystem zugeführt wird, aus dem Flüssigkeit und Steuerdruck dem Modul 10, dem Drehmomentwandler 49, den Getriebekupplungen und Bremsen, Lagern, Wellen, Zahnrädern usw. zugeführt werden.
Ein Lager 140, eingesetzt in das vordere Querblech 32, und ein Lager 142, eingesetzt in die Rotornabe 40, tragen die Antriebswelle 16 bei der Drehung um die Achse 39. Das vordere Querblech 32 trägt außerdem den Stator in seinen richtigen axialen und radialen Positionen relativ zum Rotor 34. Das Lager 76, eingesetzt zwischen dem hinteren Querblech 60 und der Rotornabe 40, und das Lager 142 tragen die Rotornabe 40 bei der Drehung um die Achse 39. Das vordere und hintere Querblech 32, 60 tragen zusammen den Rotor 34 bei der Drehung um die Achse 39 aufgrund des Lagers 74, eingesetzt in das Querblech 32, und des Lagers 76, eingesetzt in das Querblech 60.
Die Dichtung 64, eingesetzt in das hintere Querblech 60, und die Dichtung 141, eingesetzt in das vordere Querblech 32, verhindern Durchgang von Flüssigkeit vom Modul 10, das sich zwischen den Querblechen 32, 60 befindet. Eine andere dynamische Dichtung 144 verhindert Durchgang von Schmutzstoffen zwischen der Motorkurbelwelle 146 und dem Modul 10.
Die Komponenten des Moduls 10 sind in dem Modul installiert und zusammengebaut. Das zusammengebaute Modul kann dann zwischen dem Motorabtrieb 12 und dem Drehmomentwandler-Gehäuse 48 installiert und damit verbunden werden.
Im Betrieb wird, wenn der Motorabtrieb 12 von einem Motor angetrieben wird, Drehmoment von dem Motor durch die Rotornabe 40 und die Zahnkranzscheibe 42 zu dem Drehmomentwandler-Gehäuse 48 unter der Voraussetzung, dass die Kupplung 22 eingerückt ist, übertragen. Der Rotor 34 der elektrischen Maschine 28 ist durch das Rohr 78, das Bein 38, die Rotornabe 40 und die Zahnkranzscheibe 32 mit dem Drehmomentwandler-Gehäuse 48 kontinuierlich antreibbar verbunden. Daher kann das Drehmomentwandler-Gehäuse 48 von nur dem Motor angetrieben werden, wenn die elektrische Maschine 28 abgestellt und die Kupplung 22 eingerückt ist; von nur der elektrischen Maschine, wenn der Motor abgestellt ist oder der Motor in Betrieb ist und die Kupplung ausgerückt ist; und gleichzeitig von sowohl dem Motor als auch der elektrischen Maschine.
2 stellt die Antriebsplatten 200, 202 dar, die sich vor dem vorderen Querblech 32 befinden. Die 2, 3 und 5 zeigen, dass die Antriebsplatte 200 einen Mittelabschnitt 199 enthält, gebildet mit radialen inneren Bohrungen 201, wobei in jeder der Bohrungen 201 eine der Schrauben 68 zum Befestigen der Antriebsplatte 200 an den drehenden Abtrieb 12 des Motors verläuft. Die Antriebsplatte 200 weist eine mittlere Führungsbohrung 203 zum Anordnen der Antriebsplatte auf dem Motorabtrieb 12 auf. Die Antriebsplatte 200 weist außerdem radial äußere Bohrungen 204 auf, wobei in jeder der Bohrungen 204 eine der Schrauben 205 verläuft, um die Antriebsplatte 200 an der Antriebsplatte 202 zu befestigen. Die Antriebsplatte 200 ist mit Aussparungen 206 gebildet, wobei jede Aussparung winkelig um die Achse 39 beabstandet und durch einen radialen Arm 210 getrennt ist, der sich radial von dem Mittelabschnitt 199 zu einem äußeren Rand 212 erstreckt, der das Anfahrzahnrad 70 trägt. Jeder radiale Arm 210 ist durch einen Flansch 208 versteift, der sich um die Peripherie jeder Aussparung 206 erstreckt.
Die 2, 4 und 5 zeigen, dass die zweite Antriebsplatte 202 einen Mittelabschnitt 213 enthält, gebildet mit radial inneren Bohrungen 214, wobei in jeder der Bohrungen 214 eine der Nieten 216 verläuft, um die Antriebsplatte 202 an einer Nabe 218 zu befestigen, die durch eine Interferenzkeilnut 220 antreibbar mit der Antriebswelle 16 verbunden ist. Die Antriebsplatte 202 weist eine mittlere Führungsbohrung 222 zum Anordnen der Antriebsplatte auf der Nabe 218 auf. Die Antriebsplatte 202 weist außerdem radial äußere Bohrungen 224 auf, wobei in jeder der Bohrungen 224 eine der Schrauben 205 verläuft, um die Antriebsplatte 200 an der Antriebsplatte 202 zu befestigen. Eine Mutter 226, die mit dem Gewinde jeder Schraube 205 in Eingriff steht, vervollständigt die äußere Anbringung. Die Antriebsplatte 202 ist mit radialen Armen 230 gebildet, die winkelig um die Achse 39 beabstandet sind und sich radial von dem Mittelabschnitt 213 erstrecken. Die Antriebsplatte 202 ist durch einen Flansch 208 versteift, der sich um ihre Peripherie erstreckt. Die Abmessung R ist eine Funktion der Größenordnung des Drehmoments, das von den Antriebsplatten 200, 202 übertragen wird, und der Materialdauerfestigkeit.
Die beiden Antriebsplatten 200, 202 koppeln den Motorabtrieb 12 an das Frontmodul 10, wobei die Antriebsplatte 200 an der Motorkurbelwelle befestigt ist und die Antriebsplatte 202 an der Antriebswelle 16 befestigt ist. An der Motorantriebsplatte 200 ist das Anlasserhohlrad 70 angebracht.
Gemäß den Maßgaben der Patentbestimmungen wurde die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die alternativen Ausführungsformen in anderer Weise, als spezifisch veranschaulicht und beschrieben, praktiziert werden können.

Claims

Baugruppe, umfassend: einen Motorabtrieb, konzentrisch mit einer Achse; einen Antrieb; eine erste Antriebsplatte, befestigt an dem Motorabtrieb, enthaltend einen Rand und Arme, die sich von der Achse radial nach außen erstrecken; eine zweite Antriebsplatte, drehbar an dem Antrieb befestigt und an der ersten Antriebsplatte an einem Ort befestigt, der von der Achse radial nach außen beabstandet ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Anfahrzahnrad, und wobei die erste Antriebsplatte ferner umfasst: einen Mittelabschnitt; Aussparungen, die winkelig um die Achse beabstandet sind, wobei sich jeder Arm zwischen aufeinanderfolgenden Aussparungen von dem Mittelabschnitt hin zu dem Rand erstreckt, wobei das Anfahrzahnrad mit dem Rand verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Flansch, der sich um eine Peripherie jeder Aussparung erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 2, wobei der Mittelabschnitt mit einer auf den Motorabtrieb gesetzten Führungsbohrung gebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Anfahrzahnrad; und wobei die erste Antriebsplatte ferner umfasst: einen Mittelabschnitt; Aussparungen, die winkelig um die Achse beabstandet sind, wobei sich jeder Arm zwischen aufeinanderfolgenden Aussparungen von dem Mittelabschnitt hin zu dem Rand erstreckt, wobei das Anfahrzahnrad mit dem Rand verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die zweite Antriebsplatte ferner umfasst: einen zweiten Mittelabschnitt; zweite Arme, die sich von der Achse radial nach außen erstrecken.
Baugruppe nach Anspruch 6, ferner umfassend einen zweiten Flansch, der sich um eine Peripherie jedes zweiten Arms erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Nabe, die durch eine Keilnut drehbar am dem Antrieb befestigt ist; und wobei der zweite Mittelabschnitt mit einer auf die Nabe gesetzten zweiten Führungsbohrung gebildet ist.