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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Antriebsvorrichtung ein sogenanntes Nebenaggregat aufweist. Antriebsvorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs sind aus dem Stand der Technik und insbesondere aus der
DE 10 2008 006 578 A1 bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Antriebsstrangs für ein Personenkraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine als Antriebsmaschine beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine solche Ausführungsform zu verstehen.
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In Kraftfahrzeugen nimmt die Komplexität des zum Antrieb eingesetzten Antriebsstrangs ständig zu, zum einen muss eine hohe Effizienz, insbesondere durch eine, wenigstens teilweise, Elektrifizierung, erzielt werden, zum anderen müssen zahlreiche Zusatzfunktionen (Klimatisierung, Motorvorwärmung) erfüllt werden. Häufig wird ein sogenannter Startergenerator, welcher einerseits zum Starten der Verbrennungskraftmaschine verwendbar ist und anderseits zum Umwandeln von Drehzahl/Drehmoment in elektrische Leistung einsetzbar ist, mittels eines Zugmittelgetriebes an die Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. Dabei kann es sinnvoll sein, zumindest ein Nebenaggregat mit einem weiteren Zugmittelgetriebe mit dem Startergenerator zu koppeln. Die
DE 10 2008 006 578 A1 schlägt ein Fahrzeugantriebssystem mit einem Startergenerator vor, der mit einem Zugmittelgetriebe mit der Verbrennungskraftmaschine koppelbar ist und mit einem weiteren Zugmittelgetriebe ist dieser mit Nebenaggregaten koppelbar.
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Die
US 6 048 288 A befasst sich mit einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug und einem Verfahren zu dessen Betrieb. Die
DE 602 00 312 T2 befasst sich mit Antriebsstrangkomponenten für ein Kraftfahrzeug. Die
KR 10 2010 002 159 A befasst sich mit einer elektromagnetischen Kupplung. Die
EP 1 321 646 A1 befasst sich mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung. Die
US 2010 0 087 290 A1 befasst sich mit einem Hybridantriebsstrang mit einer Unterbrechungskupplung und einem Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine unter Verwendung dieser Kupplung.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine bekannte Antriebsvorrichtung weiterzubilden, so dass ein flexibler und effizienter Betrieb mit dieser ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst.
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Unter einer Antriebsvorrichtung ist im Sinne der Erfindung eine Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine einem Startergenerator und mit wenigstens einem Nebenaggregat zu verstehen. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise ausgeführt und arbeitet weiter vorzugsweise nach dem Diesel- oder Ottoprinzip. Vorzugsweise ist unter einem Nebenaggregat eine Einrichtung zu verstehen, welche zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine notwendig ist, insbesondere eine Kühlmittelpumpe, eine Hochdruckpumpe oder dergleichen oder eine Einrichtung, die zum Bereitstellen einer Zusatzfunktion in einem Kraftfahrzeug notwendig ist, insbesondere eine Wärmepumpe, ein Klimakompressor oder dergleichen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Startergenerator ein elektromechanischer Energiewandler zu verstehen, welcher zur Umwandlung von mechanischer Leistung in Form eines Drehmoments und einer Drehzahl in elektrische Leistung (Spannung, Strom) oder umgekehrt eingerichtet ist. Weiter vorzugsweise ist der Startergenerator dazu eingerichtet, die zum Starten der Verbrennungskraftmaschine notwendige mechanische Leistung bereitzustellen, insbesondere also, um die Verbrennungskraftmaschine auf eine Startdrehzahl zu beschleunigen, ab welcher ein befeuerter Betrieb dieser möglich ist. Weiter vorzugsweise ist der Startergenerator als eine elektrische Maschine ausgebildet, welche bei einer Nennspannung von weniger als 100 V, vorzugsweise von weniger als 60 V und bevorzugt von weniger als 50 V betreibbar ist, besonders bevorzugt ist der Startergenerator ein elektromechanischer Energiewandler, welcher mit einer Nennspannung von 48 V betreibbar ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass derartige elektrische Maschinen einerseits ein besonders geringes Gewicht aufweisen und andererseits über das Starten der Verbrennungskraftmaschine hinaus auch zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs für bestimmte Fahrsituationen, insbesondere Fahren mit geringer Geschwindigkeit, insbesondere beim ein- oder ausparken oder vorzugsweise zum unterstützenden Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (Boosten) verwendbar sind und somit ist eine besonders einfache Hybridisierung eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Antriebsvorrichtung erreichbar.
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Untersuchungen haben weiter gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenigstens 2 Zugmittelgetriebe für die Antriebsvorrichtung vorzusehen, von welchen eines dazu eingerichtet ist Antriebsleistung, welche vom Startergenerator bereitstellbar ist, auf die Verbrennungskraftmaschine zu übertragen, bzw. umgekehrt (Starterzugmittelgetriebe) und ein weiteres Zugmittelgetriebe welches dazu eingerichtet ist Antriebsleistung vom Startergenerator zu wenigstens einem Nebenaggregat zu übertragen (Nebenzugmittelgetriebe). Insbesondere ist es durch diese Aufteilung ermöglicht, dieses, wenigstens eine, Nebenaggregat, welches über das Nebenzugmittelgetriebe antreibbar ist, unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben. Vorzugsweise ist ein Klimakompressor mit dem Nebenzugmittelgetriebe antreibbar und somit ist eine Temperierung eines mit der Antriebsvorrichtung antreibbaren Kraftfahrzeugs unabhängig vom Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auf besonders effiziente Weise ermöglicht.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Startergeneratorgetriebe ein Zahnradgetriebe zu verstehen, mit welchem vom Startergenerator für wenigstens eines der beiden Zugmittelgetriebe, vorzugsweise für das Starterzugmittelgetriebe, bereitstellbare Antriebsleistung übertragbar ist. Mittels des Startergeneratorgetriebes ist eine Anpassung der von diesem bereitstellbare Antriebsleistung in Drehzahl und Drehmoment ermöglicht. Vorzugsweise ist das Startergeneratorgetriebe als ein Dreiwellengetriebe, bevorzugt als ein Umlaufgetriebe und besonders bevorzugt als ein Planetengetriebe, ausgebildet. Vorzugsweise weist das Startergeneratorgetriebe zumindest einen Planetengetrieberadsatz auf. Vorzugsweise weist der Planetengetrieberadsatz folgende Getriebeelemente auf, ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenradträger, wobei auf dem Planetenradträger wenigstens ein Planetenrad, vorzugsweise eine Vielzahl von Planetenrädern, gelagert ist. Vorzugsweise ist das Planetenrad zur Leistungsübertragung von dem Sonnenrad auf das Hohlrad oder umgekehrt eingerichtet.
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Vorzugsweise ist das Sonnenrad mit dem Nebenzugmittelgetriebe koppelbar, vorzugsweise ist das Sonnenrad bzw. eine mit dem Sonnenrad verbindbare Sonnenradwelle mit dem Nebenzugmittelgetriebe koppelbar. Vorzugsweise ist der Planetenradträger bzw. eine mit dem Planetenradträger koppelbare Planetenradträgerwelle mit dem Starterzugmittelgetriebe koppelbar. Insbesondere ist es durch eine derartige Kopplung des Startergeneratorgetriebes ermöglicht, unterschiedliche Übersetzungen, welche mit diesem bereitstellbar sind, für unterschiedliche Antriebsaufgaben der Antriebsvorrichtung auf besonders einfache Art und Weise zu nutzen.
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Weiter vorzugsweise weist das Startergeneratorgetriebe eine Schalteinrichtung auf. Im Sinne der Erfindung ist unter einer Schalteinrichtung eine Einrichtung zum selektiven Koppeln von Getriebeelementen des Planetengetrieberadsatzes des Startergeneratorgetriebes untereinander (Sonnenrad-Hohlrad, Sonnenrad-Planetenradträger, Hohlrad-Planetenradträger) bzw. mit einem Getriebegehäuse zu verstehen.
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Vorzugsweise wird dieses Koppeln von Getriebeelementen des Planetengetrieberadsatzes durch Herstellen einer reibschlüssigen oder bevorzugt einer formschlüssigen oder besonders bevorzugt einer reib/formschlüssigen Verbindung erreicht. Vorzugsweise ist zum Herstellen einer reibschlüssigen Verbindung eine Kupplungseinrichtung mit wenigstens einem Reibkontakt vorgesehen, vorzugsweise eine Lamellenkupplung bzw. eine Kupplung, welche zumindest zwei Reibschaltelemente aufweist. Vorzugsweise ist zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung eine Kupplungseinrichtung mit wenigstens einem formschlüssigen Kontakt vorgesehen, vorzugsweise eine Klauenkupplung. Vorzugsweise ist zum Herstellen einer reib/formschlüssigen Verbindung eine Kupplungseinrichtung mit wenigstens einem reib/formschlüssigen Kontakt vorgesehen, vorzugsweise eine Synchronisierungseinrichtung. Derartige Synchronisierungseinrichtungen sind, insbesondere aus dem Automobilbau, als Konussynchronisierungen mit einem oder mehreren Synchronisierungskonen bekannt.
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Insbesondere mittels einer reibschlüssigen Verbindung ist ein besonders einfaches koppeln der Getriebeelemente ermöglicht, insbesondere mittels einer formschlüssigen Verbindung ist ein besonders effizientes koppeln der Getriebeelemente ermöglicht und insbesondere mittels einer reib/formschlüssigen Verbindung ist ein einfaches und effizientes koppeln der Getriebeelemente ermöglicht.
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Vorzugsweise ist mittels der Schalteinrichtung das Hohlrad des Planetengetrieberadsatzes selektiv mit einem weiteren der Getriebeelemente (Sonnenrad, Planetenradträger) des gleichen Planetengetrieberadsatzes verbind bar.
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Insbesondere durch einen derartige Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist ein besonders effizienter Betrieb dieser und darüber hinaus das Darstellen verschiedener Betriebsmodi ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schalteinrichtung als eine Einrichtung ausgebildet, welche wenigstens 2 Kopplungszustände, vorzugsweise aber 3 Kopplungszustände, aufweist. Dabei ist im Sinne der Erfindung unter einem Kopplungszustand ein Zustand zu verstehen, in welchem mittels der Schalteinrichtung Getriebeelemente des Planetengetrieberadsatzes untereinander bzw. mit dem Getriebegehäuse gekoppelt sind. Insbesondere unterscheiden sich unterschiedliche Kopplungszustände dadurch, dass in jedem dieser Zustände andere Getriebeelemente des Planetengetrieberadsatzes miteinander gekoppelt sind. Vorzugsweise ist in einem ersten Kopplungszustand mittels der Schalteinrichtung das Hohlrad mit dem Getriebegehäuse gekoppelt. Weiter vorzugsweise ist in einem zweiten Kopplungszustand der Schalteinrichtung das Hohlrad mit einem weiteren Getriebeelement des Planetengetrieberadsatzes, also mit dem Sonnenrad bzw. mit dem Planetenradträger, gekoppelt.
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Dabei ist im Sinne der Erfindung unter einer Kopplung zu verstehen, dass diese Getriebeelemente kinematisch gekoppelt sind und zwar derart kinematisch miteinander gekoppelt sind, dass diese drehfest gekoppelt sind und daher die gleiche Drehzahl aufweisen oder durch die Schalteinrichtung unmittelbar miteinander verbunden sind. Insbesondere durch eine Schalteinrichtung mit wenigstens 2 Kopplungszuständen ist es ermöglicht, einerseits Antriebsleistung über den Planetengetrieberadsatz als reine Kupplungsleistung (Übersetzung 1:1) zu übertragen, insbesondere also ohne Wälzverluste, oder in einem weiteren Kopplungszustand eine Übersetzung des Planetengetrieberadsatzes auszunutzen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schalteinrichtung neben diesem ersten und diesem zweiten Kopplungszustand einen dritten Kopplungszustand auf. Vorzugsweise sind in diesem dritten Kopplungszustand keine der Getriebeelemente des Planetengetrieberadsatzes untereinander oder mit dem Getriebegehäuse gekoppelt. Vorzugsweise ist in diesem dritten Kopplungszustand der Schalteinrichtung das Hohlrad gegenüber dem Getriebegehäuse und gegenüber den beiden weiteren Getriebeelementen des Planetengetrieberadsatzes somit frei drehbar. Insbesondere durch einen dritten Kopplungszustand der Schalteinrichtung ist es ermöglicht, neben den beiden zuvor genannten Kopplungszuständen in welchen eine Leistung über den Planetengetrieberadsatz übertragbar ist, einen Betriebszustand zur Verfügung zu stellen, in welchem über diesen keine Antriebsleistung übertragbar ist und somit ist es ermöglicht, Antriebsleistung vom Startergenerator unmittelbar auf das Nebenzugmittelgetriebe und damit auf das Nebenaggregat zu übertragen. Insbesondere sind damit Zusatzfunktionen für das Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft realisierbar, insbesondere ist mittels eines als Klimakompressor oder als Wärmepumpe ausgebildeten Nebenaggregats das Fahrzeug, vorzugsweise die Verbrennungskraftmaschine oder bevorzugt der Fahrgastraum oder besonders bevorzugt beides, unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine und im Stillstand des Kraftfahrzeugs zu temperieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mittels der Schalteinrichtung das Hohlrad mit dem Sonnenrad koppelbar. Insbesondere durch eine Kopplung des Hohlrads mit dem Sonnenrad des Planetengetrieberadsatzes durch die Schalteinrichtung ist mit diesem Planetengetrieberadsatz eine 1:1 Übersetzung ermöglicht, bei welcher Antriebsleistung durch den Planetengetrieberadsatz ohne Wälzleistungsverluste übertragbar ist. Vorzugsweise ist das Hohlrad mittels der Schalteinrichtung mit dem Sonnenrad im zweiten Kopplungszustand der Schalteinrichtung verbunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mittels der Schalteinrichtung das Hohlrad mit dem Getriebegehäuse koppelbar. Insbesondere durch eine Kopplung des Hohlrads mit dem Getriebegehäuse durch die Schalteinrichtung weist der Planetengetrieberadsatz bei der Leistungsübertragung zwischen dem Startergenerator und dem Starterzugmittelgetriebe eine bestimmte Übersetzung auf und somit ist eine Anpassung der Drehzahl bzw. des zur Verfügung stellbaren Drehmoments des Startergenerators an die Anforderungen ermöglicht. Vorzugsweise ist das Hohlrad mittels der Schalteinrichtung mit dem Getriebegehäuse im ersten Kopplungszustand der Schalteinrichtung verbunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schalteinrichtung zum selektiven Koppeln des Hohlrad, also zum Wechseln der Kopplungszustände, eine in axialer Richtung, also entlang einer Rotationsachse des Sonnenrads, verschiebbare Koppeleinrichtung auf. Vorzugsweise ist die Koppeleinrichtung drehfest mit dem Hohlrad verbunden. Weiter vorzugsweise weist die Koppeleinrichtung einen ersten Kopplungsbereich auf, vorzugsweise ist dieser erste Kopplungsbereich dazu eingerichtet, zwischen der Koppeleinrichtung und dem Getriebegehäuse eine drehfeste Verbindung auszubilden, diese also miteinander zu koppeln. Vorzugsweise ist diese Verbindung als eine reibschlüssige, bevorzugt als eine formschlüssige und besonders bevorzugt als eine reib/formschlüssige Verbindung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Koppeleinrichtung formschlüssig mit dem Hohlrad verbindbar, insbesondere drehfest und axial verschiebbar. Insbesondere durch eine derartige Ausbildung der Schalteinrichtung ist ein besonders einfacher Aufbau dieser ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Koppeleinrichtung einen zweiten Kopplungsbereich auf. Vorzugsweise ist mit dem zweiten Kopplungsbereich das Hohlrad mittels der Koppeleinrichtung mit einem der beiden weiteren Getriebeelemente des Planetengetrieberadsatzes (Sonnenrad, Planetenradträger) koppelbar um mit diesem weiteren Getriebeelement eine drehfeste Verbindung auszubilden. Vorzugsweise ist diese Verbindung als eine reibschlüssige, bevorzugt als eine formschlüssige und besonders bevorzugt als eine reib/formschlüssige Verbindung ausgebildet. Insbesondere durch eine derartige Ausbildung der Schalteinrichtung mit einer Koppeleinrichtung mit zwei Kopplungsbereichen sind ein besonders einfacher Aufbau und ein besonders einfacher Wechsel zwischen den Kopplungszuständen dieser ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Koppeleinrichtung derart, insbesondere parallel zur Rotationsachse der Sonnenradwelle, verschiebbar, dass in einer ersten axialen Position der Koppeleinrichtung das Hohlrad mit dem Getriebegehäuse gekoppelt (erster Kopplungszustand) ist und, dass in einer zweiten Axialposition der Koppeleinrichtung das Hohlrad mit einem der weiteren Getriebeelemente (Sonnenrad, Planetenradträger) des Planetengetrieberadsatzes (zweiter Kopplungszustand) gekoppelt ist.
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Vorzugsweise ist in einer dritten axialen Position (dritter Kopplungszustand) der Koppeleinrichtung, welche in axialer Richtung, also in Richtung parallel zur Rotationsachse der Sonnenradwelle, zwischen der ersten und der zweiten axialen Position liegt, das Hohlrad weder mit dem Getriebegehäuse noch mit einem der weiteren Getriebeelemente des Planetengetrieberadsatzes gekoppelt und daher frei drehbar. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung der Schalteinrichtung ist es ermöglicht, auf besonders einfache Weise mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung eine Vielzahl von Betriebszuständen zu realisieren.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist ein Zugmittel des Starterzugmittelgetriebes als eine Zugmittel ausgebildet, welches die vom Startergenerator bereitstellbare Antriebsleistung formschlüssig überträgt, vorzugsweise ist dieses Zugmittel als ein Rippenriemen, bevorzugt als ein Zahnriemen und besonders bevorzugt als eine Kette ausgebildet.
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Weiter vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine zur Steuerung von Ladungswechseln in ein einem Brennraum dieser, sogenannte Steuerorgane, vorzugsweise ein Einlass- und ein Auslassventil, auf. Diese Steuerorgane sind insbesondere mittels eines Steuerzugmittelgetriebes, vorzugsweise mittels einer sogenannten Steuerkette oder eines Steuerriemens (Steuerzugmittel) und mittels wenigstens einer Steuerwelle, vorzugsweise einer sogenannten Nockenwelle, antreibbar.
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Vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine zum Abgeben mechanischer Leistung eine Abtriebswelle auf, die vorzugsweise als eine Kurbelwelle ausgebildet ist. Zum Antrieb des Steuerzugmittelgetriebes ist, vorzugsweise koaxial zu dieser Abtriebswelle, ein Steuerantriebsrad angeordnet, welches drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist.
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Vorzugsweise weist die Steuerwelle ein Steuerabtriebsrad auf, welches koaxial zur Steuerwelle, insbesondere also zur Nockenwelle, angeordnet ist und drehfest mit dieser verbindbar ist. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungskraftmaschinen läuft das Steuerzugmittel insbesondere um das Steuerantriebsrad und um eine oder mehrere Steuerabtriebsräder um und bildet so den sogenannten Steuertrieb aus.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Steuerzugmittel durch das Starterzugmittel ersetzt, beziehungsweise sind diese zu einem kombinierten Starterzugmittel zusammengefasst, d.h. anstelle des Steuerzugmittels läuft um das Steuerantriebsrad und um wenigstens ein oder mehrere Steuerabtriebsräder das kombinierte Starterzugmittel um, welches auch um die Starterzugmittelräder umläuft. Insbesondere ist mittels einer solchen Ausgestaltung der Erfindung ein besonders platzsparender Aufbau dieser ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist axial beabstandet zum Steuerantriebsrad, aber ebenfalls koaxial zur Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine ein Starterzugmittelrad angeordnet, dabei läuft das Starterzugmittel zu Leistungsübertragung vom Startergenerator um diese Starterzugmittelrad um und das Steuerzugmittel läuft um das Steuerantriebsrad um. Insbesondere mittels einer solchen Ausgestaltung ist es ermöglicht, dass sowohl das Starterzugmittel wie auch das Steuerzugmittel auf die jeweiligen Anforderungen ausgelegt sind. Weiter vorzugsweise laufen das Starterzugmittelrad und das Steuerzugmittel in voneinander getrennten Schmiermittelhaushalten.
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Vorzugsweise sind das Starterzugmittelrad und das Steuerzugmittelrad auf der gleichen Seite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Auf einer der Seiten der Verbrennungskraftmaschine schließt sich an diese, zum Übertragen einer von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbaren Antriebsleistung, ein, vorzugsweise schaltbares, Getriebe an. Vorzugsweise ist eines der zuvor genannten Räder (Starterzugmittelrad, Steuerantriebsrad) auf dieser Seite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und weiter vorzugsweise ist das jeweils andere dieser Räder auf der gleichen Seite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und bevorzugt auf der gegenüberliegenden Seite der Verbrennungskraftmaschine.
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Weiter vorzugsweise sind beide Räder (Steuerzugmittelrad, Starterzugmittelrad) auf der gleichen Seite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, vorzugsweise auf der Seite an welcher sich das Getriebe an die Verbrennungskraftmaschine anschließt und bevorzugt auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite der Verbrennungskraftmaschine.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Leistungsübertragungsrichtung von der Verbrennungskraftmaschine zu dem Getriebe eine Trennkupplung angeordnet, mit welcher die Drehmomentübertragung von der Verbrennungskraftmaschine zu dem Getriebe unterbrechbar ist. Weiter vorzugsweise ist, ebenfalls bezogen auf die Drehmomentübertragung von der Verbrennungskraftmaschine auf diese Trennkupplung eine Einrichtung zum Reduzieren von Drehschwingungen angeordnet. Derartige Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bezogen auf das Funktionsprinzip der Einrichtung zum Reduzieren der Drehschwingungen sind Schwingungstilger und Schwingungsdämpfer zu unterscheiden. Weiter vorzugsweise ist, bezogen auf die Drehmomentübertragung von der Verbrennungskraftmaschine auf die Trennkupplung, das Starterzugmittelrad zwischen der Trennkupplung und der Einrichtung zum Reduzieren der Drehschwingungen angeordnet. Insbesondere mittels einer solchen Anordnung ist ein besonders einfacher Aufbau der Antriebsvorrichtung erreichbar.
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Vorzugsweise ist die Trennkupplung als elektrisch betätigbare, sogenannte e-Clutch, ausgeführt.
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Nachfolgend sind Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren erläutert, dabei zeigt:
- 1: eine teilweise schematisierte Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung,
- 2: eine teilweise schematisierte Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung,
- 3: eine teilweise schematisierte Längsschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung,
- 3a: eine schematisierte Vorderansicht des Verlaufs eines kombinierten Starterzumittel,
- 4: eine teilweise schematisierte Längsschnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung.
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In 1 ist eine Antriebsvorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine 1 dargestellt, diese weist eine um die Rotationsachse 2 drehbar gelagerte Kurbelwelle auf, welche zur Leistungsabgabe von der Verbrennungskraftmaschine eingerichtet ist.
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Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 1 wird die Kurbelwelle dieser mittels des Starterzugmittelgetriebes (13, 14, 15) auf die Startdrehzahl beschleunigt. Weiter weist die Antriebsvorrichtung einen Startergenerator 5 auf, welcher über eine Starterwelle 6 Antriebsleistung abgibt oder aufnimmt. Die Starterwelle 6 ist mit dem Nebenzugmittelgetriebe 7 zur Leistungsabgabe verbunden. Das Nebenzugmittelgetriebe 7 weist dazu einen Riemen 16 auf, welcher um die Riemenräder 18 und 17 umläuft. Über das Nebenzugmittelgetriebe 7 ist der mechanische Klimakompressor 10 mit Antriebsleistung versorgbar. Zum selektiven Ankoppeln an das Nebenzugmittelgetriebe 7 weist der mechanische Klimakompressor 10 eine Kupplung 9 auf, bei geöffneter Kupplung 9 wird keine Leistung auf den mechanischen Klimakompressor 10 übertragen.
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Das Starterzugmittelgetriebe 3 weist Zugmittelräder 13 und 15 auf, um welche das Starterzugmittel 14 umläuft. Mit dem Starterzugmittelgetriebe 3 ist zusätzlich die mechanische Wasserpumpe 12 und weitere Nebenaggregate (nicht dargestellt) mit Antriebsleistung versorgbar. Die mechanische Wasserpumpe 12 weist ein weiteres Zugmittelrad 11 auf.
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Die Verbrennungskraftmaschine 1 gibt Antriebsleistung an das Starterzugmittelgetriebe 3 ab, wobei diese Antriebsleistung Drehmomentungleichförmigkeiten unterworfen ist. Um diese Drehmomentungleichförmigkeiten auszugleichen weist das der Verbrennungskraftmaschine zugeordnete Zugmittelrad 13 einen Drehschwingungsdämpfer bzw. Drehschwingungstilger 8 auf.
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Das Zugmittelrad 15, welches zur Leistungsübertragung dem Startergenerator 5 zugeordnet ist, ist koaxial zur Rotationsachse 4 der Starterwelle 6 und dem Sonnenrad 22 angeordnet. Antriebsleistung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem Startergenerator 5 ist über den Planetengetrieberadsatz 28 übertragbar. Der Planetengetrieberadsatz 28 weist ein Sonnenrad 22 einen Planetenradträger 21 sowie ein Hohlrad 20 auf. Diese Getriebeelemente des Planetengetrieberadsatzes 28 sind über die Schalteinrichtung 23 steuerbar. Die Schalteinrichtung 23 weist ein als Schiebemuffe ausgebildetes Koppelelement 24 auf. Die Schiebemuffe ist drehfest aber axial verschieblich mit dem Hohlrad 20 verbunden. Durch die axiale Verschiebung des Koppelelements 24 entlang der Rotationsachse 4 des Sonnenrads 22 ist die Schalteinrichtung in unterschiedliche Koppelzustände versetzbar.
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Das Koppelelement 24 ist in 3 unterschiedliche axiale Positionen 25, 26, 27 verschiebbar. Ist das Koppelelement 24 in die axiale Position 25 verschoben so ist das Hohlrad 20 mit dem Getriebegehäuse 29 gekoppelt das heißt dem Hohlrad 20 ist die Drehzahl Null dauerhaft vorgegeben. In diesem Schaltzustand wird Leistung zwischen dem Startergenerator 5 und der Verbrennungskraftmaschine 1 mit der Übersetzung des Planetengetrieberadsatzes 28 übertragen.
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Ist das Koppelelement 24 in die axiale Position 26 verschoben, so ist das Hohlrad 20 mit dem Sonnenrad 22 gekoppelt, das heißt bei der Leistungsübertragung wälzen die Getriebeelemente des Planetenradsatzes 28 nicht aufeinander ab, sondern Leistung wird zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem Startergenerator 5 durch den Planetengetrieberadsatz 28 als reine Kupplungsleistung mit einer 1:1 Übersetzung übertragen.
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Ist das Koppelelement 24 in die axiale Position 27 verschoben so ist das Hohlrad 20 frei drehbar. In einer solchen Stellung ist es ermöglicht, über den Startergenerator 5 und das Nebenzugmittelgetriebe 7 den mechanischen Klimakompressor 10 anzutreiben, ohne dass dazu der Verbrennungskraftmaschine 1 Antriebsleistung zugeführt wird. Mittels der Schalteinrichtung 23 ist dieser Betriebszustand besonders einfach darstellbar, für welchen sonst in der Regel eine zusätzliche Kupplungseinrichtung notwendig wäre.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung dargestellt. Dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen der in 1 dargestellten Ausführungsform und der in 2 dargestellten Ausführungsform eingegangen. Im Wesentlichen beschränken sich die Unterschiede auf die Schalteinrichtung 23 und auf die Getriebeelemente welche mit dieser koppelbar sind. Befindet sich das Koppelelement 24 in der Position 25 so ist das Hohlrad 20 mit dem Getriebegehäuse 29 gekoppelt.
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Ist das Koppelelement 24 in die axiale Position 26 verschoben, so ist das Hohlrad 20 mit dem Planetenradträger 21 gekoppelt, das heißt bei der Leistungsübertragung wälzen die Getriebeelemente des Planetenradsatzes 28 nicht aufeinander ab sondern Leistung wird zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem Startergenerator 5 durch den Planetengetrieberadsatz 28 als reine Kupplungsleistung mit einer 1:1 Übersetzung übertragen.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung dargestellt. Dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen der in 1 dargestellten Ausführungsform und der in 2 dargestellten Ausführungsform eingegangen. Im Wesentlichen beschränken sich die Unterschiede auf die Schalteinrichtung 23 und auf die Getriebeelemente welche mit dieser koppelbar sind. Befindet sich das Koppelelement 24 in der Position 25 so ist das Hohlrad 20 mit dem Getriebegehäuse 29 gekoppelt.
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Ist das Koppelelement 24 in die axiale Position 26 verschoben, so ist das Hohlrad 20 mit dem Planetenradträger 21 gekoppelt, das heißt bei der Leistungsübertragung wälzen die Getriebeelemente des Planetenradsatzes 28 nicht aufeinander ab sondern Leistung wird zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem Startergenerator 5 durch den Planetengetrieberadsatz 28 als reine Kupplungsleistung mit einer 1:1 Übersetzung übertragen.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung dargestellt, bei welcher das Starterzugmittelgetriebe mit einem Steuerzugmittelgetriebe kombiniert (13a, 14a, 15a) ist.
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Dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen und der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung eingegangen. Im Wesentlichen beschränken sich die Unterschiede auf die angesprochene Kombination (13a, 14a, 15a) des Starterzugmittelgetriebes mit dem Steuerzugmittelgetriebe. Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungskraftmaschine koppelt das Steuerzugmittelgetriebe die um die Rotationsachse 2 drehbare Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 mit Nockenwellen, welche zum Steuern von Ventilen für den Ladungswechsel der Verbrennungskraftmaschine, eingerichtet sind. Erfindungsgemäß ist dieses standartmäßig bei einer Verbrennungskraftmaschine vorhandene Steuerzugmittelgetriebe mit dem Starterzugmittelgetriebe kombiniert (13a, 14a, 15a). Dabei läuft dann das Starterzugmittel 14a nicht mehr nur um die dargestellten Starterzugmittelräder 13a, 15a um, sondern noch um Steuerzugmittelräder (nicht dargestellt) von welchen jedes mit einer Nockenwelle (nicht dargestellt) koppelbar ist. Insbesondere durch die Kombination von Starterzugmittel- und Steuerzugmittelgetriebe zu einem gemeinsamen Zugmittelgetriebe ist ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht.
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Ist das Koppelelement 24 in die axiale Position 26 verschoben, so ist das Hohlrad 20 mit dem Sonnenrad 22 gekoppelt, das heißt bei der Leistungsübertragung in dieser Schaltstellung des Koppelelements 24, wälzen die Getriebeelemente des Planetenradsatzes 28 nicht aufeinander ab, sondern Leistung wird zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem Startergenerator 5 durch den Planetengetrieberadsatz 28 als reine Kupplungsleistung mit einer 1:1 Übersetzung übertragen.
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Die Kombination (13a, 14a, 15a) aus Starterzugmittel- und Steuerzugmittelgetriebe ist in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen einem Getriebe (nicht dargestellt), welches mit der Trennkupplung 31 selektiv mit der Verbrennungskraftmaschine zur Leistungsübertragung koppelbar ist, und der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet.
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In 3a ist eine vereinfachte Draufsicht auf das kombinierte Starterzugmittel-/ Steuerzugmittelgetriebe (13a, 14a, 15a, 33a, 33b) dargestellt. Steuerabtriebsräder 33a, 33b werden durch das kombinierte Starterzugmittel 14a angetrieben und sind mit als Nockenwellen ausgebildeten Steuerwellen (nicht dargestellt) gekoppelt.
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Das kombinierte Starterzugmittelgetriebe weist zwei Zugmittelräder 13a, 15a auf, von welchen eines mit der Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt und um die Rotationsachse 2 rotierbar ist. Um die Umschlingungswinkel für das kombinierte Starterzugmittel 14a zu verbessern, sind Umlenkrollen 34a vorgesehen. Zusätzlichen zu den Steuerabtriebsrädern 33a, 33b läuft das kombinierte Starterzugmittel 14a um das Zugmittelrad 15a um, welches mit dem Startergenerator (nicht dargestellt), mittels des Planetengetriebes, koppelbar ist.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung dargestellt, bei welcher eine Einrichtung 30 zum Reduzieren der systemimmanenten Drehschwingungen der Verbrennungskraftmaschine 1 vorgesehen ist. Diese Einrichtung 30 ist als elektromechanisch aktives System ausgebildet.
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Dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den in 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen und der in 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung eingegangen.
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Im Wesentlichen beschränken sich die Unterschiede auf die angesprochene Einrichtung 30 zum Reduzieren der Drehschwingungen und die Anordnung der übrigen Elemente der Antriebsvorrichtung.
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Durch die Einrichtung 30 wird das Starterzugmittelgetriebe nur mit geringen Drehmomentungleichförmigkeiten von der Verbrennungskraftmaschine 1 belastet, da diese durch die Einrichtung 30 verringert werden.
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An die Trennkupplung 31 schließt sich ein schaltbares Getriebe (nicht dargestellt) an.
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Ist das Koppelelement 24 in die axiale Position 26 verschoben, so ist das Hohlrad 20 mit dem Sonnenrad 22 gekoppelt, das heißt bei der Leistungsübertragung in dieser Schaltstellung des Koppelelements 24, wälzen die Getriebeelemente des Planetenradsatzes 28 nicht aufeinander ab, sondern Leistung wird zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem Startergenerator 5 durch den Planetengetrieberadsatz 28 als reine Kupplungsleistung mit einer 1:1 Übersetzung übertragen.
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Die Einrichtung 30 zum Reduzieren der Drehschwingungen ist in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen einem Getriebe (nicht dargestellt), welches sich an die Trennkupplung 31 anschließt und der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet. Weiter ist das Starterzugmittelgetriebe (13, 14, 15) in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen der Trennkupplung 31, mit welcher das Getriebe (nicht dargestellt) und die Verbrennungskraftmaschine selektiv verbindbar sind, und der Einrichtung 31 zum Reduzieren der Drehschwingungen angeordnet.
