DE102015226413A1 - Hybridsystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug - Google Patents

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Dierk Reitz
Sebastien Charles
Achim Gillmann
Roland Seebacher
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Ein Hybridsystem für ein Hybridfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor (3), einen Elektromotor (5), eine Hybridtrennkupplung (4), die zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und dem Elektromotor (5) angeordnet ist, und ein Fliehkraftpendel (11) zum Ausgleichen von Drehmoment-Ungleichmäßigkeiten des Verbrennungsmotors (3), auf. Die Hybridtrennkupplung (4) nimmt während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors (3) bei betriebenen Elektromotor (5) einen schlupfenden Zustand ein.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridsystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Verfahren zur Reduzierung von Geräuschen beim Wiederstart eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeuges, bei welchem das Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor angetrieben wird, wobei Drehmoment-Ungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors mittels eines Fliehkraftpendels ausgeglichen werden.
  • Ein Hybridsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der WO 2010/028620 A1 bekannt. Genauer gesagt ist bei einem Hybridsystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor ein Schwingungsdämpfer in Form eines Zweimassenschwungrads angeordnet. Das Zweimassenschwungrad weist eine erste und eine zweite Schwungmasse auf. Die erste Schwungmasse ist drehfest dem Verbrennungsmotor zuordenbar. Die zweite Schwungmasse ist dem Getriebe zuordenbar und weist einen Rotor des Elektromotors zum Übertragen eines elektrisch erzeugbaren Drehmoments auf die zweite Schwungmasse und eine Fliehkraftpendeleinrichtung zum Reduzieren von Drehschwingungen auf.
  • Insbesondere bei einem Starten bzw. Wiederstarten des Verbrennungsmotors aus dem elektrischen Fahren heraus, das heißt bei betriebenem Elektromotor, treten akustische Probleme auf, die von Massen des Fliehkraftpendels hervorgerufen werden und einen Fahrkomfort einschränken.
  • Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridsystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug zu schaffen, das Geräusche beim Starten bzw. Wiederstarten eines Verbrennungsmotors und damit verbundene akustische Probleme verringert.
  • Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Genauer gesagt bewegt sich während eines Startens eines Verbrennungsmotors eine zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angeordnete offene Hybridtrennkupplung in Richtung Schließen und nimmt einen schlupfenden Zustand ein. Dadurch können akustische Probleme, die durch Anschlagen von Fliehkraftpendelmassen während eines Startens bzw. Wiederstartens des Verbrennungsmotors entstehen, unterbunden werden. Da die Hybridtrennkupplung im schlupfenden Zustand ein Kupplungsmoment von >0 Nm aufweist, wird eine sekundäre Seite eines das Fliehkraftpendel tragenden Dämpfers beruhigt.
  • Vorteilhaft erfolgt das Starten des Verbrennungsmotors durch einen Anlasser. Mittels dieses Anlassers kann der Verbrennungsmotor unabhängig von dem verbleibenden Hybridsystem gestartet werden, was vorzugsweise während des elektrischen Fahrens des Fahrzeugs mittels des Elektromotors, das heißt bei betriebenem Elektromotor erfolgen kann.
  • Vorteilhafter sind der Anlasser und der Elektromotor getrennt voneinander vorgesehen sind.
  • Vorteilhafter ist ein während des Schlupfens der Hybridtrennkupplung übertragendes Kupplungsmoment kleiner als ein durch den Anlasser zum Andrehen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors erforderliches Drehmoment. Dieses schlupfend angelegte Kupplungsmoment ist deutlich kleiner als Kupplungsmomente, die beim Wiederstarten des Verbrennungsmotors mittels des Elektromotors über die Hybridtrennkupplung erforderlich sind.
  • Vorteilhafter beträgt das während des Schlupfens der Hybridtrennkupplung übertragene Kupplungsmoment zwischen 10 und 50 Nm. Daher kann der Anlasser sicher einspuren, wobei die Kurbelwelle nicht durch den Elektromotor angedreht wird.
  • Vorteilhafter nimmt die Hybridtrennkupplung vor dem ersten Zünden des Verbrennungsmotors den schlupfenden Zustand ein. Somit erfolgt das Beruhigen des Fliehkraftpendels bereits vor einem Andrehen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors.
  • Vorteilhafter nimmt die Hybridtrennkupplung synchron zu einem Anlaufen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors den schlupfenden Zustand ein. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kupplungsmoment, das von der Hybridtrennkupplung bereitgestellt wird, und das Drehmoment, welches die anlaufende Kurbelwelle aufweist, annähernd synchron verlaufen. Dadurch wird die sekundäre Seite des Dämpfers vor dem Starten des Verbrennungsmotors beruhigt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert:
  • Es zeigt:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Hybridsystems bzw. -antriebs eines Hybridfahrzeugs,
  • 2 eine Darstellung zum Erläutern einer Funktionsweise des Hybridsystems in 1,
  • 3 eine Darstellung zum Erläutern der Funktionsweise des Hybridsystems in 1 im Vergleich zu einem Hybridsystem im Stand der Technik, und
  • 4 eine detailliertere Darstellung eines Dämpfers in 1.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Hybridsystems eines Hybridfahrzeugs.
  • In 1 ist ein Hybridsystem bzw. Antriebstrang 1 eines Hybridfahrzeugs dargestellt, bei welchem ein Dämpfer 2 zwischen einem Verbrennungsmotor 3 und einer Hybridtrennkupplung 4 angeordnet ist und an die Hybridtrennkupplung 4 ein Elektromotor 5 anschließt. Der Elektromotor 5 ist mit einer weiteren Kupplung 6 verbunden, die mit einem Resttriebstrang 7 verbunden ist. An dem Dämpfer 2 ist eine Sekundärwelle, eine Zwischenwelle oder eine Scheibe 8 angeordnet, die den Dämpfer 2 mit der Hybridtrennkupplung 4 verbindet. An den Elektromotor 5 schließt sich ein Anfahrelement 9 an, das eine Anfahrkupplung aufweist, die an den Resttriebstrang 7 angebunden ist.
  • Im vorliegenden Fall ist der Dämpfer 2 vorzugsweise als ein Zweimassenschwungrad 10 ausgebildet, welches mit einem Fliehkraftpendel 11 kombiniert ist. Wie es in 4 gezeigt ist, ist das Fliehkraftpendel 11 an einer sekundären Masse 12 des Zweimassenschwungrads 10 befestigt. Es kann jedoch an beliebigen anderen Positionen in dem Antriebsstrang 1 angeordnet sein.
  • Das Zweimassenschwungrad 10 befindet sich in einem direkten Drehmomentübertragungsweg des Antriebstrangs 1, d.h. in einem rotierenden Weg zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und einer Kupplungsscheibe 8 bzw. Getriebeeingangswelle. Das Fliehkraftpendel 11 gleicht dabei Drehmoment-Unförmigkeiten einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 3 aus, da Massen des Fliehkraftpendels 11 an dem Zweimassenschwungrad 10 in einer Richtung pendeln, die entgegengesetzt zu einer Drehrichtung der Kurbelwelle ist.
  • 2 zeigt eine Darstellung zum Erläutern einer Funktionsweise des Hybridsystems in 1.
  • Es wird davon ausgegangen, dass sich das Hybridfahrzeug in einem elektrischen Betrieb befindet, das heißt, dass das Fahrzeug lediglich durch den Elektromotor 5 angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor 3 befindet sich im Stillstand und die zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Elektromotor 5 angeordnete Hybridtrennkupplung 4 ist geöffnet. Der Verbrennungsmotor 3 wird mittels eines bekannten Anlassers 13 gestartet. Um eine Geräuschbelästigung während eines Startens des Verbrennungsmotors 3 durch ein Bewegen der Massen des Fliehkraftpendels 11 zu unterdrücken, wird während des Startens des Verbrennungsmotors 3 durch den Anlasser 13 die Hybridtrennkupplung 4 aus dem geöffneten Zustand in Richtung „Schließen“ bewegt und in einen schlupfenden Zustand gebracht. Dadurch wird ein Kupplungsmoment K durch die Hybridtrennkupplung 4 auf den Verbrennungsmotor 3 übertragen. Das Kupplungsmoment liegt vorzugsweise zwischen 10 und 50 Nm, noch bevorzugter zwischen 10 und 20 Nm, und wird vorzugsweise innerhalb von ungefähr 50 ms aufgebaut.
  • In 2 ist das zusätzliche Kupplungsmoment K der unteren Zeile 3) dargestellt. Zeile 2) zeigt darüber liegend den Kurbelwellenwinkel und die Zeile 1) zeigt die Drehzahl des startenden Verbrennungsmotors 3. Die Hybridtrennkupplung 4 wird vor dem ersten Zünden des Verbrennungsmotors 3 in den schlupfenden Zustand gebracht. Das von der schlupfenden Hybridtrennkupplung 4 aufgebrachte zusätzliche Kupplungsmoment K hat keine Auswirkung auf das Starten des Verbrennungsmotors 3, trägt jedoch dazu bei, dass die Massen des Fliehkraftpendels 11 durch dieses entgegenwirkende Kupplungsmoment K beruhigt werden, so dass eine Geräuschbelästigung während des Wiederstartes des Verbrennungsmotors 3 unterbunden wird. Das schlupfend angelegte Kupplungsmoment K liegt dabei deutlich unter den Werten, die beim konventionellen Starten des Verbrennungsmotors 3 mittels des Elektromotors 5 über die Hybridtrennkupplung 4 auftreten. Es ist erforderlich, dass dieses Kupplungsmoment K kleiner einem „Losbrechmoment“ der Kurbelwelle bleibt, damit der Anlasser 13 die Kurbelwelle funktionsgerecht starten kann.
  • 3 zeigt eine Darstellung zum Erläutern der Funktionsweise des Hybridsystems in 1 im Vergleich zu einem Hybridsystem im Stand der Technik.
  • In 3 ist das Hybridsystem in 1 einem Hybridsystem mit einem konventionellen Starten des Verbrennungsmotors 3 gegenübergestellt. Spalte A zeigt dabei das konventionelle Starten, während Spalte B die Funktionsweises des Hybridsystems in 1 darstellt. In beiden Fällen sind eine Drehzahl des Verbrennungsmotors (Spalten A und B, Zeile 1)), der Schwingungswinkel der Massen des Fliehkraftpendels (Spalten A und B, Zeile 2)) und die durch das Starten des Verbrennungsmotors 3 induzierten Energieeinträge (Spalten A und B, Zeilen 3)) über der Zeit dargestellt. In Spalte B, Zeile 3) ist zusätzlich noch das Kupplungsmoment K dargestellt, welches beim Starten des Verbrennungsmotors 3 durch die schlupfende Hybridtrennkupplung 4 erzeugt wird. Im Fall der Spalte A treten bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 3 hohe Schwingungswinkel der Massen des Fliehkraftpendels 11 auf, was zu hohen Energieeinträgen in den Antriebsstrang 1 führt. Im Gegensatz dazu beruhigen sich die Ausschläge der Massen des Fliehkraftpendels 11 im Fall der Spalte B, wenn das zusätzliche Kupplungsmoment K eingebracht wird. Durch dieses Kupplungsmoment K werden die Energieeinträge, die durch den verringerten Ausschlag der Massen des Fliehkraftpendels 11 auftreten, verringert und wird somit eine Geräuschbelästigung während des Wiederstartens des Verbrennungsmotors 3 unterbunden.
  • 4 zeigt eine detailliertere Darstellung eines Dämpfers in 1.
  • In 4 sind eine an der Kurbelwelle angeordnete primäre Schwungmasse bzw. Masse 14 des Zweimassenschwungrads 10 und die sekundäre Schwungmasse 12 bzw. Masse des Zweimassenschwungrads 10 dargestellt, welche mit der Kupplungsscheibe 8 verbunden ist. An der ersten Schwungmasse 14 greift die Verdrehung der Kurbelwelle an, während an der zweiten Schwungmasse 12 das Kupplungsmoment K angreift. Da an der zweiten Schwungmasse 12 das Fliehkraftpendel 11 befestigt ist, wird durch dieses Angreifen der zweiten, mit der Hybridtrennkupplung 4 verbundenen Schwungmasse 12 das Fliehkraftpendel 11 beruhigt.
  • Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen und Ausgestaltungen von ihr durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
  • Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verwiesen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Antriebsstrang
    2
    Dämpfer
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    Hybridtrennkupplung
    5
    Elektromotor
    6
    Kupplung
    7
    Resttriebstrang
    8
    Kupplungsscheibe
    9
    Anfahrelement
    10
    Zweimassenschwungrad
    11
    Fliehkraftpendel
    12
    Sekundäre Masse des Zweimassenschwungrades
    13
    Anlasser
    14
    Primäre Masse des Zweimassenschwungrades
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/028620 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Hybridsystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug, wobei das Hybridsystem aufweist: einen Verbrennungsmotor (3); einen Elektromotor (5); eine Hybridtrennkupplung (4), die zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und dem Elektromotor (5) angeordnet ist; und ein Fliehkraftpendel (11) zum Ausgleichen von Drehmoment-Ungleichmäßigkeiten des Verbrennungsmotors (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridtrennkupplung (4) während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors (3) bei betriebenen Elektromotor (5) einen schlupfenden Zustand einnimmt.
  2. Hybridsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anlasser (13) zum Starten des Verbrennungsmotors (3).
  3. Hybridsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser (13) und der Elektromotor (5) getrennt voneinander vorgesehen sind.
  4. Hybridsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridtrennkupplung (4) während des schlupfenden Zustands von dem Elektromotor (5) zu dem Verbrennungsmotor (3) ein Kupplungsmoment (K) überträgt, das kleiner als ein durch den Anlasser (13) zum Andrehen des Verbrennungsmotors (3) erforderliches Drehmoment ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das während des schlupfenden Zustands übertragene Kupplungsmoment (K) zwischen 10 und 50 Nm beträgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridtrennkupplung (4) während des Startvorgangs den schlupfenden Zustand vor einem ersten Zünden des Verbrennungsmotors (3) einnimmt.
  7. Hybridsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridtrennkupplung (4) während des Startvorgangs den schlupfenden Zustand synchron zu einem Anlaufen des Verbrennungsmotors (3) einnimmt.
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