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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Antriebsstränge für Fahrzeuge, insbesondere Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Antriebsstrang umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, welche in einem Generatorbetrieb betreibbar ist. Somit ist die elektrische Maschine zumindest als Generator ausgebildet, mittels welchem ein Bordnetz des Fahrzeugs mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Über das Bordnetz können dann elektrische Verbraucher des Fahrzeugs mit elektrischem Strom versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der von der elektrischen Maschine beziehungsweise dem Generator in das Bordnetz eingespeiste elektrische Strom in einer elektrischen Speichereinrichtung wie beispielsweise einer Batterie gespeichert werden.
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Der Antriebsstrang umfasst ferner ein Doppelkupplungsgetriebe, welches wenigstens eine erste Welle und wenigstens eine zweite Welle aufweist. Ferner umfasst das Doppelkupplungsgetriebe eine der ersten Welle zugeordnete erste Kupplung, eine der zweiten Welle zugeordnete zweite Kupplung und wenigstens ein den Kupplungen gemeinsames und mit einem Antriebsaggregat koppelbares Eingangselement, welches über die erste Kupplung mit der ersten Welle und über die zweite Kupplung mit der zweiten Welle koppelbar ist.
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Beispielsweise handelt es sich bei wenigstens einer der Wellen um eine Getriebeeingangswelle. Ferner kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Wellen als Vorgelegewelle ausgebildet ist. Die Kupplungen bilden eine sogenannte Doppelkupplung, wobei die Kupplungen jeweils wahlweise geöffnet und geschlossen werden können. Das Eingangselement ist beispielsweise im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs mit dem wenigstens einen Antriebsaggregat gekoppelt, sodass das vom Antriebsaggregat bereitgestellte Drehmoment auf das Eingangselement übertragen wird. Beispielsweise handelt es sich bei dem Eingangselement um eine den Kupplungen gemeinsame Kupplungsglocke oder einen sogenannten Kupplungskorb, die beziehungsweise der von dem Antriebsaggregat antreibbar ist. Dadurch können über das Eingangselement vom Antriebsaggregat bereitgestellte Drehmomente über das Eingangselement in die Doppelkupplung eingeleitet werden.
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Zum Koppeln des Eingangselements mit der ersten Welle wird die erste Kupplung geschlossen, während die zweite Kupplung vorzugsweise geöffnet ist. Dadurch werden die auf das Eingangselement übertragenen Drehmomente über die geschlossene erste Kupplung auf die erste Welle übertragen. Zum Koppeln des Eingangselements mit der zweiten Welle wird die zweite Kupplung geschlossen, während vorzugsweise die erste Kupplung geöffnet ist. Dadurch werden die auf das Eingangselement übertragenen Drehmomente über die geschlossene zweite Kupplung auf die zweite Welle übertragen.
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Sind die Wellen als Getriebeeingangswellen ausgebildet, so kann das Doppelkupplungsgetriebe wenigstens eine von zumindest einer der Getriebeeingangswellen antreibbare Vorgelegewelle umfassen, auf welcher Gangräder für jeweilige Gänge des Doppelkupplungsgetriebes angeordnet sind. Mittels des Doppelkupplungsgetriebes ist es somit auf die hinlänglich bekannte Weise möglich, das Fahrzeug über einen eingelegten ersten Gang des Doppelkupplungsgetriebes anzutreiben, während ein vom ersten Gang unterschiedlicher, zweiter Gang des Doppelkupplungsgetriebes bereits eingelegt ist. Hierbei ist beispielsweise zunächst die erste Kupplung geschlossen, während die zweite Kupplung geöffnet ist. Um nun einen besonders schnellen Wechsel vom ersten Gang in den zweiten Gang zu realisieren, wird die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen, sodass dann das Fahrzeug über den eingelegten zweiten Gang angetrieben wird. Auf diese Weise ist es möglich, beim Schalten beziehungsweise Wechseln der Gänge Zugkraftunterbrechungen zu vermeiden oder besonders gering zu halten.
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Darüber hinaus sind aus dem allgemeinen Stand der Technik Antriebsstränge bekannt, bei denen ein Starter insbesondere in Form eines sogenannten Ritzelstarters sowie ein davon separater Generator vorgesehen sind. Der Starter dient zum Anlassen, das heißt zum Starten beziehungsweise Aktivieren des als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregats, wobei der Generator von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, um so elektrischen Strom, welcher vom Generator bereitgestellt wird, in das Bordnetz einspeisen zu können. Alternativ dazu ist es möglich, anstelle des Starters und des davon separaten Generators einen sogenannten Starter-Generator einzusetzen, welcher beispielsweise über einen Zugmitteltrieb wie beispielsweise einen Riementrieb mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist. Alternativ dazu ist es möglich, den Starter-Generator über eine Verzahnung mit der Verbrennungskraftmaschine zu koppeln, beispielsweise direkt an der Kurbelwelle. Der Starter-Generator kann zum einen zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Zum anderen ist der Starter-Generator von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar und kann dadurch mechanische Energie in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umwandeln, welcher dann in das Bordnetz eingespeist werden kann.
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Außerdem ist aus dem allgemeinen Stand der Technik ein sogenannter Segelbetrieb bekannt, in dem Fahrzeuge wie insbesondere Kraftwagen betrieben werden können. Ein solcher Segelbetrieb wird üblicherweise auch als Segelmodus bezeichnet und ist beispielsweise in der
DE 10 2008 029 453 A1 , der
DE 10 2011 005 284 A1 , der
DE 10 2011 005 320 A1 , der
DE 10 2012 008 632 A1 und der
DE 10 2012 105 307 A1 beschrieben. Zur Realisierung des Segelbetriebs wird beispielsweise eine Kupplung geöffnet, um die Verbrennungskraftmaschine vom Antriebsstrang zu entkoppeln. Dadurch kann das Fahrzeug aufgrund seiner kinetischen Energie rollen und sich dadurch bewegen, ohne dass dieses Rollen beziehungsweise diese Bewegung durch das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine, das heißt das sogenannte Motorschleppmoment, beeinträchtigt wird. Ferner ist es möglich, zur Realisierung des Segelbetriebs ein Getriebe des Antriebsstrangs in dessen Neutralstellung beziehungsweise Leerlauf zu schalten, sodass kein Gang des Getriebes eingelegt ist. Dadurch sind Räder des Fahrzeugs, über welche das Fahrzeug auf einer Fahrbahn abrollt, von der aktivierten Verbrennungskraftmaschine entkoppelt, sodass auch hierbei die Bewegung beziehungsweise das Rollen des Fahrzeugs nicht durch das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine beeinträchtigt wird (sogenanntes Leelaufsegeln).
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Darüber hinaus kann die Verbrennungskraftmaschine während des Segelbetriebs deaktiviert beziehungsweise abgeschaltet werden (sogenanntes Motor-Start-Stop-Segeln), um den Energieverbrauch beziehungsweise den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs besonders gering zu halten.
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Beim Segelbetrieb ergibt sich üblicherweise das Problem, elektrischen Strom mittels des Generators beziehungsweise der elektrischen Maschine in das Bordnetz einzuspeisen. Da beim Segelbetrieb beziehungsweise Segeln und insbesondere beim Motor-Start-Stop-Segeln die Verbrennungskraftmaschine vom Antriebsstrang entkoppelt und deaktiviert ist (entspricht einem Zustand „abgelegt”), kann der Generator weder von der Verbrennungskraftmaschine selbst noch von den Rädern des Fahrzeugs über die Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden. Eine Aktivierung der abgelegten Verbrennungskraftmaschine zur Nutzung des Generators zur Bordnetzversorgung würde zu einem unerwünschten Kraftstoffverbrauch führen. Dies bedeutet, dass bei konventioneller Anbindung des Generators an den Antriebsstrang beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine eine Versorgung des Bordnetzes mit elektrischem Strom nicht möglich ist, ohne die Verbrennungskraftmaschine mitzudrehen beziehungsweise mitzuschleppen, wodurch jedoch unerwünschte Schleppverluste auftreten. Somit kann der Generator beim Motor-Start-Stop-Segeln, also bei abgelegter Verbrennungskraftmaschine das Bordnetz nicht mit elektrischem Strom versorgen.
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Daher ist es üblicherweise vorgesehen, dass das Bordnetz beim Segeln mit elektrischer Energie aus wenigstens einem elektrischen Energiespeicher wie beispielsweise einer Batterie und/oder sogenannten Supercaps versorgt wird. Diese Energiespeicher werden beispielsweise in Verzögerungsphasen durch Rekuperation von kinetischer Energie des Fahrzeugs aufgeladen. Wird das Bordnetz beim Segeln mit wenigstens einem solchen elektrischen Energiespeicher mit elektrischem Strom versorgt, so ist es zweckmäßig, einen besonders leistungsstarken und somit großen und gewichtsintensiven Energiespeicher einzusetzen, um den Anforderungen hinsichtlich der Versorgung des Bordnetzes mit elektrischer Energie bei deaktivierter Verbrennungskraftmaschine entgegenzukommen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Segelbetrieb die Belastung des elektrischen Energiespeichers insbesondere in Form einer Batterie durch häufige Lade- und Entladezyklen erhöht, was sich negativ auf die Lebensdauer des Energiespeichers auswirken kann. Der Einsatz eines großen und gewichtsintensiven Energiespeichers führt zu Bauraum- beziehungsweise Packageproblemen sowie zu hohen Kosten und einem hohen Gewicht des Antriebsstrangs und somit des Fahrzeugs insgesamt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die elektrische Maschine insbesondere auch im Rahmen eines Segelbetriebs des Fahrzeugs besonders effizient angetrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. Um einen Antriebsstrang der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die elektrische Maschine insbesondere auch während eines Segelbetriebs, insbesondere während eines Leerlaufsegelns, des Fahrzeugs besonders effizient angetrieben werden kann, um dadurch beispielsweise das Bordnetz des Fahrzeugs auch beim Segelbetrieb besonders effizient mit elektrischem Strom versorgen zu können, ist erfindungsgemäß eine Schalteinrichtung vorgesehen, welche zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist. Im ersten Schaltzustand ist die elektrische Maschine mit dem Eingangselement gekoppelt. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die elektrische Maschine in ihrem Generatorbetrieb über das Eingangselement mittels des aktivierten und beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregats anzutreiben, sodass beispielsweise von dem Antriebsaggregat bereitgestellte mechanische Energie über das Eingangselement auf die elektrische Maschine übertragen und mittels der elektrischen Maschine in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umgewandelt werden kann, wobei der elektrische Strom dann in das Bordnetz eingespeist werden kann.
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Im zweiten Schaltzustand ist die elektrische Maschine mit einer der Wellen gekoppelt. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die elektrische Maschine in ihrem Generatorbetrieb über die beispielsweise als Vorgelegewelle ausgebildete Welle und somit beispielsweise über Räder des Fahrzeugs anzutreiben, welche bei sich bewegendem Fahrzeug auf einer Fahrbahn abrollen, während beide Kupplungen geöffnet sind, sodass beispielsweise das Antriebsaggregat im Rahmen eines Segelbetriebs des Fahrzeugs vom Antriebsstrang entkoppelt ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert sein kann. Mit anderen Worten ist es im zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung möglich, die elektrische Maschine in ihrem Generatorbetrieb mittels kinetischer Energie des sich bewegenden und über seine Räder auf einer Fahrbahn abrollenden Fahrzeugs über die Welle anzutreiben, während das Antriebsaggregat, welches beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, vom Antriebsstrang entkoppelt und deaktiviert, das heißt abgelegt ist. Über die Welle kann kinetische Energie des Fahrzeugs auf die elektrische Maschine übertragen werden, welche in ihrem Generatorbetrieb zumindest einen Teil der bereitgestellten kinetischen Energie in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umwandelt, die beziehungsweise der dann in das Bordnetz eingespeist werden kann.
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Unter dem genannten Segelbetrieb ist zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine vom Antriebsstrang entkoppelt ist. Dabei kann die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert sein, sodass der Segelbetrieb als sogenannter Motor-Start-Stop-Segelbetrieb ausgebildet ist. Ist die Verbrennungskraftmaschine im Rahmen des Segelbetriebs von dem Antriebsstrang entkoppelt und dabei aktiviert, das heißt lauft die Verbrennungskraftmaschine während des Segelbetriebs, so ist der Segelbetrieb ein sogenannter Leerlauf-Segelbetrieb. Dieser wird beispielsweise eingestellt, um auf einen Fahrerwunsch zur Lastanforderung schnell reagieren zu können. In beiden Fällen, das heißt im Motor-Start-Stop-Segelbetrieb und im Leerlauf-Segelbetrieb verbraucht die Verbrennungskraftmaschine weniger Kraftstoff als wenn zusätzlich noch die elektrische Maschine angetrieben werden müsste.
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Die geschilderte Entkopplung und etwaige Deaktivierung des Antriebsaggregats ist beispielsweise im Segelbetrieb des Fahrzeugs vorgesehen, in welchem das Bordnetz über die elektrische Maschine mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Da jedoch das Antriebsaggregat vom Antriebsstrang entkoppelt ist, indem beide Kupplungen geöffnet sind, wird die geschilderte Bewegung beziehungsweise das Rollen des Fahrzeugs nicht durch das Schleppmoment des Antriebsaggregats beeinträchtigt.
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Da die elektrische Maschine auch während des Segelbetriebs des Fahrzeugs über die Welle angetrieben werden kann, kann das Bordnetz im Segelbetrieb von der elektrischen Maschine mit elektrischem Strom versorgt werden. Somit ist es nicht vorgesehen und nicht erforderlich, das Bordnetz ausschließlich mit Strom zu versorgen, der in einem elektrischen Energiespeicher wie beispielsweise einer Batterie oder einem Supercap gespeichert ist. In der Folge ist es möglich, elektrische Energiespeicher mit geringen äußeren Abmessungen und mit einem geringen Gewicht einzusetzen, sodass die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf des Antriebsstrangs insgesamt besonders gering gehalten werden können.
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Die Schalteinrichtung ist beispielsweise als Getriebe ausgebildet, über das die elektrische Maschine an den Antriebsstrang angebunden ist. Das Getriebe umfasst beispielsweise schaltbare Zahnradstufen, insbesondere Stirnradstufen, um dadurch die geschilderte Umschaltbarkeit der Schalteinrichtung zwischen den Schaltzuständen zu ermöglichen. Hierdurch ist es beispielsweise auch möglich, die elektrische Maschine in den jeweiligen Schaltzuständen mit besonders vorteilhaften Drehzahlen anzutreiben, um somit einen besonders effizienten beziehungsweise wirkungsgradgünstigen Betrieb der elektrischen Maschine zu realisieren.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Maschine im ersten Schaltzustand von der einen Welle und in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung von dem Eingangselement entkoppelt, wodurch sich ein besonders effizienter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt. Hierdurch ist es möglich, dass der Betrieb der elektrischen Maschine im ersten Schaltzustand nicht von der Welle und im zweiten Schaltzustand nicht von dem Eingangselement beeinträchtigt wird.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die eine Welle eine Vorgelegewelle ist, auf welcher Gangräder für jeweilige Gänge des Doppelkupplungsgetriebes angeordnet sind. Dadurch kann die elektrische Maschine besonders bauraumgünstig an den Antriebsstrang angebunden werden.
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Die andere Welle ist beispielsweise eine erste Getriebeeingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes, welches beispielsweise eine zweite Getriebeeingangswelle aufweist, wobei die Vorgelegewelle über wenigstens eine der Getriebeeingangswellen antreibbar ist. Das Doppelkupplungsgetriebe kann dabei eine von der anderen Getriebeeingangswelle antreibbare zweite Vorgelegewelle aufweisen, auf welcher weitere Ganggeber für jeweilige weitere Gänge des Doppelkupplungsgetriebes angeordnet sind. Hierdurch kann beispielsweise insbesondere der axiale Bauraumbedarf des Doppelkupplungsgetriebes und somit des Antriebsstrangs insgesamt gering gehalten werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Schalteinrichtung in einen dritten Schaltzustand schaltbar ist, in welchem die elektrische Maschine mit der anderen Welle gekoppelt ist. Hierdurch kann die elektrische Maschine auch dann angetrieben werden und demzufolge elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom bereitstellen und in das Bordnetz einspeisen, wenn beide Kupplungen geöffnet und demzufolge das Eingangselement und somit das Antriebsaggregat vom Antriebsstrang abgekoppelt sind. Ferner kann ein besonders effizienter Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden, da die elektrische Maschine beispielsweise wahlweise über die eine Welle oder über die andere Welle angetrieben werden kann. Hierdurch kann die elektrische Maschine bedarfsgerecht mit jeweiligen Drehzahlen betrieben werden, sodass sich ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb der elektrischen Maschine und somit des Antriebsstrangs insgesamt realisieren lässt.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die elektrische Maschine im ersten Schaltzustand von den Wellen, im zweiten Schaltzustand von dem Eingangselement und von der anderen Welle und im dritten Schaltzustand von dem Eingangselement und von der einen Welle entkoppelt ist. Dadurch können ungünstige und unerwünschte Beeinträchtigungen des Betriebs der elektrischen Maschine vermieden werden.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die andere Welle eine Getriebeeingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes ist.
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Als ferner besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb betreibbar ist. In ihrem Generatorbetrieb fungiert die elektrische Maschine als Generator, mittels welchem mechanische Energie, die beispielsweise über eine der Wellen oder das Eingangselement auf den Generator übertragen wird, in elektrische Energie umgewandelt wird. Im Motorbetrieb fungiert die elektrische Maschine als Motor beziehungsweise Elektromotor, mittels welchem beispielsweise das als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Antriebsaggregat angelassen, das heißt gestartet beziehungsweise aktiviert werden kann. Ferner ist hierbei eine Hybridisierung des Antriebsstrangs denkbar, da beispielsweise Räder des Fahrzeugs über eine der Wellen oder das Eingangselement mittels der elektrischen Maschine in deren Motorbetrieb angetrieben werden können. Hierbei können die Räder beispielsweise rein elektrisch angetrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb ein durch die Verbrennungskraftmaschine bewirktes Antreiben der Räder elektrisch unterstützen, sodass beispielsweise ein elektrischer Boost-Betrieb oder aber eine Lastpunktverschiebung darstellbar ist, sodass ein besonders effizienter Betrieb des als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregats mit einem nur geringen Energieverbrauch beziehungsweise Kraftstoffverbrauch darstellbar ist.
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Zur Erfindung gehört auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftwagen wie beispielsweise ein Personenkraftwagen, mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
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Schließlich gehört zur Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Fahrzeug in einem Segelbetrieb betrieben wird, in welchem beide Kupplungen geöffnet sind und der zweite Schaltzustand oder der dritte Schaltzustand der Schalteinrichtung eingestellt ist. Hierdurch ist es möglich, das Eingangselement und somit das Antriebsaggregat vom Antriebsstrang zu entkoppeln, da beide Kupplungen geöffnet sind. Zur Realisierung eines nur geringen Energieverbrauchs ist das Antriebsaggregat vorzugsweise deaktiviert, also abgelegt. Im Segelbetrieb kann die kinetische Energie des Fahrzeugs genutzt werden, sodass das Fahrzeug rollen beziehungsweise sich bewegen kann, ohne dass dieses Rollen beziehungsweise dieses Bewegen vom Schleppmoment des Antriebsaggregats beeinträchtigt wird. Dennoch kann das Bordnetz des Fahrzeugs im Segelbetrieb von der elektrischen Maschine in deren Generatorbetrieb mit elektrischem Strom versorgt werden, da die elektrische Maschine über die eine Welle oder die andere Welle angetrieben wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur allein e 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.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug in Form eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
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Die Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Antriebsstrang für ein Fahrzeug in Form eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Der Antriebsstrang 10 umfasst ein Antriebsaggregat in Form einer Verbrennungskraftmaschine 12, welche beispielsweise ein Drei-Zylinder-Reihenmotor ist und ein Zylindergehäuse 14 aufweist. Durch das Zylindergehäuse 14 sind drei Brennräume in Form von Zylindern 16 gebildet. In den Zylindern 16 sind jeweilige Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, welche über jeweilige Pleuel mit einer Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 12 gelenkig gekoppelt sind. Alternativ ist es möglich, dass die Verbrennungskraftmaschine 12 als Rotationskolbenmotor ausgebildet ist. Bei aktivierter Verbrennungskraftmaschine 12 werden im Rahmen eines gefeuerten Betriebs Kraftstoff und Luft in die Zylinder 16 eingebracht, sodass in den Zylindern 16 ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt. Infolge einer aus der Verbrennung resultierenden Expansion werden die Kolben und darüber die Kurbelwelle angetrieben.
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Der Antriebsstrang 10 umfasst darüber hinaus eine elektrische Maschine 18, welche zumindest in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine 18 auch in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar.
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Der Antriebsstrang 10 umfasst ferner ein im Ganzen mit 20 bezeichnetes Doppelkupplungsgetriebe. Schließlich umfasst der Antriebsstrang 10 wenigstens eine Achse 22 des Personenkraftwagens, wobei die Achse 22 beispielsweise eine Hinterachse des Personenkraftwagens ist. Die Achse 22 umfasst Räder 24, welche angetriebene Räder sind. Dies bedeutet, dass der Personenkraftwagen insgesamt über die Räder 24 angetrieben werden kann. Hierzu sind die Räder 24 über jeweilige Gelenkwellen 26 mit einem Achsgetriebe 28 gekoppelt, welches beispielsweise ein Hinterachsgetriebe (HAG) ist. Die Räder 24 und somit der Personenkraftwagen insgesamt sind somit über das Achsgetriebe 28 und die Gelenkwellen 26 antreibbar.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 20 umfasst eine erste Welle in Form einer ersten Getriebeeingangswelle 30 sowie eine zweite Welle in Form einer zweiten Getriebeeingangswelle 32, welche als Hohlwelle ausgebildet ist. Dabei ist die erste Getriebeeingangswelle 30 durch die genannte Hohlwelle hindurchgeführt. Ferner umfasst das Doppelkupplungsgetriebe 20 eine im Ganzen mit 34 bezeichnete Doppelkupplung mit einer der ersten Getriebeeingangswelle 30 zugeordneten ersten Kupplung 36 und einer der zweiten Getriebeeingangswelle 32 zugeordneten zweiten Kupplung 38. Die Doppelkupplung 34 umfasst darüber hinaus ein den Kupplungen 36 und 38 gemeinsames Eingangselement vorliegend in Form eines Kupplungskorbs 40, welcher drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 12 gekoppelt ist. Dadurch werden von der Verbrennungskraftmaschine 12 über ihre Kurbelwelle bereitgestellte Drehmomente auf den Kupplungskorb 40 übertragen, sodass der Kupplungskorb 40 angetrieben wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine 12 aktiviert ist und in ihrem gefeuerten Betrieb betrieben wird. Die Getriebeeingangswellen 30 und 32 sind dabei sogenannte Kupplungsausgangswellen der Doppelkupplung 34!
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Der Kupplungskorb 40 ist über die erste Kupplung 36 mit der ersten Getriebeeingangswelle 30 drehmomentübertragend koppelbar, indem die erste Kupplung 36 geschlossen wird. Währenddessen ist die zweite Kupplung 38 vorzugsweise geöffnet. Ferner ist der Kupplungskorb 40 über die zweite Kupplung 38 drehmomentübertragend mit der zweiten Getriebeeingangswelle 32 koppelbar, indem die zweite Kupplung 38 geschlossen wird, während vorzugsweise die erste Kupplung 36 geöffnet ist. Mit anderen Worten, ist beispielsweise die erste Kupplung 36 geschlossen, während die zweite Kupplung 38 geöffnet ist, so sind der Kupplungskorb 40 und über diesen die Verbrennungskraftmaschine 12 über die erste Kupplung 36 mit der ersten Getriebeeingangswelle 30 drehmomentübertragend gekoppelt und von der zweiten Getriebeeingangswelle 32 entkoppelt.
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Ist beispielsweise die zweite Kupplung 38 geschlossen, während die erste Kupplung 36 geöffnet ist, so sind der Kupplungskorb 40 und über diesen die Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere die Kurbelwelle, drehmomentübertragend mit der zweiten Getriebeeingangswelle 32 gekoppelt und von der ersten Getriebeeingangswelle 30 entkoppelt. Unter der drehmomentübertragenden Kopplung ist zu verstehen, dass Drehmomente zwischen der Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere ihrer Kurbelwelle, und der jeweiligen Getriebeeingangswelle 30 beziehungsweise 32 übertragen werden können. Die von der Kurbelwelle entkoppelte Getriebeeingangswelle 32 beziehungsweise 30 kann sich dann relativ zur Kurbelwelle drehen.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 20 umfasst darüber hinaus eine dritte Welle in Form einer ersten Vorgelegewelle 42, auf welcher erste Gangräder für jeweilige Gänge des Doppelkupplungsgetriebes 20 angeordnet sind. Die erste Vorgelegewelle 42 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle 30 gekoppelt und somit von der ersten Getriebeeingangswelle 30 antreibbar. Ferner umfasst das Doppelkupplungsgetriebe 20 eine vierte Welle in Form einer zweiten Vorgelegewelle 44, auf welcher weitere Gangräder für jeweilige weitere Gänge des Doppelkupplungsgetriebes 20 angeordnet sind. Die zweite Vorgelegewelle 44 ist mit der zweiten Getriebeeingangswelle 32 gekoppelt und demzufolge von der zweiten Getriebeeingangswelle 32 antreibbar. Ferner umfasst das Doppelkupplungsgetriebe 20 einen den Vorgelegewellen 42 und 44 gemeinsamen Abtrieb in Form eines Zahnrads 46, auf das beide Vorgelegewellen 42 und 44 wirken. Das Zahnrad 46 ist drehfest mit einer Welle 48 gekoppelt. Die Welle 48 ist bezogen auf das Achsgetriebe 28 eine Getriebeeingangswelle, da von der jeweiligen Vorgelege welle 42 beziehungsweise 44 bereitgestellte Drehmomente auf das Zahnrad 46 und über dieses auf die Welle 48 übertragen und über die Welle 48 in das Achsgetriebe 28 eingeleitet werden können. Über das Achsgetriebe 28 werden die bereitgestellten beziehungsweise eingeleiteten Drehmomente auf die Gelenkwellen 26 und über diese wiederum auf die Räder 24 übertragen, sodass – wenn eine der Kupplungen 36 beziehungsweise 38 geschlossen ist – die Räder 24 von der Verbrennungskraftmaschine 12 beziehungsweise umgekehrt angetrieben werden können.
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Auf der ersten Vorgelegewelle 42 sind beispielsweise die Gangräder von ungeraden Gängen des Doppelkupplungsgetriebes 20 angeordnet. Dies bedeutet, dass beispielsweise auf der Vorgelegewelle 42 die Gangräder eines ersten Gangs, eines dritten Gangs, eines fünften Gangs und eines siebten Gangs des Doppelkupplungsgetriebes 20 angeordnet sind. Auf der Vorgelegewelle 44 sind beispielsweise die Gangräder von sogenannten geraden Gängen des Doppelkupplungsgetriebes 20 angeordnet. Dies bedeutet beispielsweise, dass auf der Vorgelegewelle 44 die Gangräder eines zweiten Gangs, eines vierten Gangs und eines sechsten Gangs des Doppelkupplungsgetriebes 20 angeordnet sind. Es versteht sich, dass das Doppelkupplungsgetriebe 20 alternativ auch lediglich genau eine Vorgelegewelle aufweisen kann. Die Funktion eines solchen Doppelkupplungsgetriebes ist hinlänglich bekannt und wird im Folgenden nicht näher erläutert.
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Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben des Antriebsstrangs 10 ist der Antriebsstrang 10 beziehungsweise der Personenkraftwagen in einem Segelbetrieb betreibbar. Wird der Antriebsstrang 10 beziehungsweise der Personenkraftwagen im Segelbetrieb betrieben, so sind beide Kupplungen 36 und 38 geöffnet, sodass der Kupplungskorb 40 und somit die Verbrennungskraftmaschine 12 vom Antriebsstrang 10 entkoppelt sind. Somit können der Kupplungskorb 40 und die Verbrennungskraftmaschine 12 nicht von den Rädern 24 angetrieben werden, wenn sich der Personenkraftwagen bewegt und dabei die Räder 24 auf einer Fahrbahn abrollen. Im Umkehrschluss bedeutet dies jedoch auch, dass diese Bewegung beziehungsweise dieses Rollen des sich bewegenden Personenkraftwagens nicht durch das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 12 beeinträchtigt wird. Dadurch kann der Personenkraftwagen eine besonders große Strecke rollen, ohne durch die Verbrennungskraftmaschine 12 angetrieben werden zu müssen. Somit kann der Kraftstoffverbrauch besonders gering gehalten werden. Wird der Segelbetrieb als Motor-Start-Stop-Segelbetrieb durchgeführt, so ist die Verbrennungskraftmaschine 12 während des Segelbetriebs vom Antriebsstrang 10 entkoppelt und deaktiviert. Wird der Segelbetrieb als Leerlauf-Segelbetrieb durchgeführt, so ist die Verbrennungskraftmaschine 12 während des Segelbetriebs vom Antriebsstrang 10 entkoppelt und aktiviert, das heißt die Verbrennungskraftmaschine 12 läuft während des Segelbetriebs.
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Um nun jedoch auch während des Segelbetriebs elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom über die elektrische Maschine 18 in das Bordnetz einspeisen und dabei einen besonders effizienten Antrieb beziehungsweise Betrieb der elektrischen Maschine 18 zu realisieren, umfasst der Antriebsstrang 10 eine Schalteinrichtung 50, welche zwischen drei Schaltzuständen 1, 2 und 3 umschaltbar ist. Die Schalteinrichtung 50 ist beispielsweise als Getriebe ausgebildet und umfasst dabei drei Zahnräder 52, 54 und 56, welche beispielsweise als Stirnräder ausgebildet sind. Ferner umfasst die Schalteinrichtung 50 eine Welle 58, auf welcher die Zahnräder 52, 54 und 56 angeordnet sind. Die Welle 58 ist beispielsweise mit einer Welle eines Rotors der elektrischen Maschine 18 drehfest gekoppelt oder koppelbar oder als diese Welle des Rotors der elektrischen Maschine 18 ausgebildet. Dies bedeutet, dass vorgesehen sein kann, dass die Welle 58 beispielsweise mittels einer Kupplungseinrichtung mit der Welle des Rotors drehfest koppelbar und von der Welle des Rotors entkoppelbar beziehungsweise abkoppelbar sein kann. Die Zahnräder 52, 54 und 56 sind beispielsweise Losräder, welche zwar auf der Welle 58 angeordnet, jedoch grundsätzlich relativ zur Welle 58 drehbar sind. Um die Zahnräder 52, 54 und 56 bedarfsweise drehfest mit der Welle 58 zu koppeln, können entsprechende Kopplungselemente beispielsweise in Form von Schaltmuffen oder Schiebemuffen vorgesehen sein. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Zahnrad 52 drehfest mit der Welle 58 zu koppeln, während die Zahnräder 54 und 56 von der Welle 58 entkoppelt und demzufolge relativ zur Welle 58 drehbar sind. Entsprechendes kann auf die Zahnräder 54 und 56 übertragen werden, sodass beispielsweise das Zahnrad 54 drehfest mit der Welle 58 gekoppelt ist, während die anderen Zahnräder 52 und 56 von der Welle 58 entkoppelt und demzufolge relativ zur Welle 58 drehbar sind. Ferner ist es möglich, das Zahnrad 56 drehfest mit der Welle 58 zu koppeln, während die übrigen Zahnräder 52 und 54 von der Welle 58 entkoppelt und demzufolge relativ zur Welle 58 drehbar sind.
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In dem ersten Schaltzustand 1 ist die elektrische Maschine 18 über die Schalteinrichtung 50, insbesondere das Zahnrad 52, mit dem Kupplungskorb 40 gekoppelt und von der Vorgelegewelle 42 und der Getriebeeingangswelle 32 entkoppelt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Zahnrad 52 im ersten Schaltzustand mit der Welle 58 gekoppelt ist, sodass die elektrische Maschine 18 über die Welle 58 und das Zahnrad 52 vom Kupplungskorb 40 antreibbar ist beziehungsweise umgekehrt. Im zweiten Schaltzustand ist die elektrische Maschine 18 über die Schalteinrichtung 50, insbesondere das Zahnrad 56, mit der ersten Vorgelegewelle 42 und somit der Getriebeeingangswelle 30 gekoppelt und von der Getriebeeingangswelle 30 beziehungsweise der zweiten Vorgelegewelle 44 und von dem Kupplungskorb 40 entkoppelt. Hierbei ist das Zahnrad 56 mit der Welle 58 gekoppelt. Dadurch ist es im zweiten Schaltzustand möglich, dass die elektrische Maschine 18 über die Welle 58 und das Zahnrad 56 von der Vorgelegewelle 42 angetrieben wird beziehungsweise umgekehrt. Im dritten Schaltzustand ist es schließlich vorgesehen, dass die elektrische Maschine 18 über die Schalteinrichtung 50, insbesondere das Zahnrad 54, mit der zweiten Getriebeeingangswelle 32 und somit der Vorgelegewelle 44 gekoppelt und von dem Kupplungskorb 40 und der ersten Vorgelegewelle 42 beziehungsweise der Getriebeeingangswelle 30 entkoppelt ist.
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Vorzugsweise ist das Zahnrad 54 im dritten Schaltzustand 3 mit der Welle 58 gekoppelt. Im dritten Schaltzustand ist die elektrische Maschine 18 über die Welle 58 und das Zahnrad 54 von der Getriebeeingangswelle 32 antreibbar beziehungsweise umgekehrt.
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Insgesamt ist erkennbar, dass die elektrische Maschine 18 in der ersten Schaltstellung 1 über den Kupplungskorb 40 mit der Verbrennungskraftmaschine 12 verbunden ist. Der erste Schaltzustand 1 wird beispielsweise im Stand des Personenkraftwagens bei laufender, das heißt aktivierter Verbrennungskraftmaschine 12, gewählt, wobei die Drehzahl der elektrischen Maschine 18 der Drehzahl der Kurbelwelle entsprechen kann. Hierbei wird die elektrische Maschine 18 vorzugsweise in ihrem Generatorbetrieb betrieben, sodass von der Verbrennungskraftmaschine 12 bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
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Im zweiten Schaltzustand 2 und im dritten Schaltzustand 3 ist es möglich, die elektrische Maschine 18 insbesondere im Generatorbetrieb mit unterschiedlichen Drehzahlen bei gleicher Fahrgeschwindigkeit des Personenkraftwagens an den Antriebsstrang 10 zu koppeln. Der zweite Schaltzustand 2 beziehungsweise dritte Schaltzustand 3 wird beispielsweise bei abgelegter Verbrennungskraftmaschine 12, das heißt im Segelbetrieb, eingestellt. Je nach aktueller Fahrgeschwindigkeit wird einer der Schaltzustände 2 und 3 gewählt, sodass die elektrische Maschine 18 in einem zumindest im Wesentlichen optimalen Drehzahl-Betriebsbereich und somit besonders wirkungsgradgünstig betrieben werden kann. Der zweite Schaltzustand 2 stellt eine mechanische Verbindung der elektrischen Maschine 18 mit den ungeraden Gängen beziehungsweise der Vorgelegewelle 42 dar, wobei der dritte Schaltzustand 3 eine mechanische Verbindung der elektrischen Maschine 18 mit den geraden Gängen beziehungsweise über die Getriebeeingangswelle 32 mit der Vorgelegewelle 44 herstellt. Alle drei Schaltzustände ermöglichen den Betrieb der elektrischen Maschine 18 als Generator, während der Personenkraftwagen mittels der Verbrennungskraftmaschine 12 angetrieben wird. Dabei unterscheiden sich die Schaltzustände 1, 2 und 3 hinsichtlich ihrer Übersetzungen, über welche die elektrische Maschine 18 an den Antriebsstrang 10 angebunden ist. Hierdurch ist ein zumindest nahezu optimaler Betrieb der elektrischen Maschine 18 im Generatorbetrieb möglich, da die elektrische Maschine 18 in einem zumindest nahezu optimalen Drehzahlbereich und somit mit zumindest nahezu optimalen Wirkungsgraden betrieben werden kann.
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Darüber hinaus ermöglichen die Schaltzustände 2 und 3 den Betrieb der elektrischen Maschine 18 bei abgelegter Verbrennungskraftmaschine 12, das heißt wenn diese durch Öffnen der Kupplungen 36 und 38 vom Antriebsstrang 10 entkoppelt und deaktiviert ist, sodass während des Segelbetriebs und bei einer Rekuperation der kinetischen Energie des Personenkraftwagens das Bordnetz weiterhin über die elektrische Maschine 18 in deren Generatorbetrieb mit elektrischem Strom versorgt werden kann.
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Außerdem ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine 12 mittels der elektrischen Maschine 18 in ihrem Motorbetrieb anzulassen, das heißt zu starten beziehungsweise zu aktivieren. Hierzu wird der erste Schaltzustand 1 eingestellt, sodass Drehmomente, die die elektrische Maschine 18 in ihrem Motorbetrieb bereitstellt, über die Welle 58 und das Zahnrad 52 auf den Kupplungskorb 40 und schließlich auf die Kurbelwelle übertragen werden. Dadurch ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine 12 mittels der elektrischen Maschine 18 in ihrem Motorbetrieb im Stand des Personenkraftwagens sowie auch dann zu aktivieren, wenn sich der Personenkraftwagen bewegt, das heißt wenn der Personenkraftwagen eine Fahrgeschwindigkeit von größer als 0 aufweist.
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Insgesamt ist es möglich, die elektrische Maschine 18 besonders einfach und kostengünstig an den Antriebsstrang 10 anzubinden und dabei auch während des Segelbetriebs einen besonders effizienten und wirkungsgradgünstigen Betrieb zu realisieren. Mit anderen Worten ist es möglich, einen energetisch effizienten Segelbetrieb des Personenkraftwagens bei deaktivierter und vom Antriebsstrang 10 entkoppelter Verbrennungskraftmaschine 12 zu ermöglichen, im Segelbetrieb eine effiziente Versorgung des Bordnetzes mit elektrischem Strom über die elektrische Maschine 18 zu realisieren sowie einen besonders hohen Wirkungsgrad der Energierückgewinnung bei Rekuperation zu ermöglichen. Dabei ist es möglich besonders gewichts- und kostengünstige elektrische Energiespeicher wie beispielsweise Batterien mit nur geringen äußeren Abmessungen zu verwenden sowie die Anzahl an solchen elektrischen Energiespeichern besonders gering zu halten, sodass insgesamt die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf des Antriebsstrangs 10 gering gehalten werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Schaltzustand
- 2
- zweiter Schaltzustand
- 3
- dritter Schaltzustand
- 10
- Antriebsstrang
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Zylindergehäuse
- 16
- Zylinder
- 18
- elektrische Maschine
- 20
- Doppelkupplungsgetriebe
- 22
- Achse
- 24
- Rad
- 26
- Gelenkwelle
- 28
- Achsgetriebe
- 30
- erste Getriebeeingangswelle
- 32
- zweite Getriebeeingangswelle
- 34
- Doppelkupplung
- 36
- erste Kupplung
- 38
- zweite Kupplung
- 40
- Kupplungskorb
- 42
- erste Vorgelegewelle
- 44
- zweite Vorgelegewelle
- 46
- Zahnrad
- 48
- Welle
- 50
- Schalteinrichtung
- 52
- Zahnrad
- 54
- Zahnrad
- 56
- Zahnrad
- 58
- Welle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008029453 A1 [0008]
- DE 102011005284 A1 [0008]
- DE 102011005320 A1 [0008]
- DE 102012008632 A1 [0008]
- DE 102012105307 A1 [0008]
