DE102017206205A1 - Hybrid powertrain for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend – eine Verbrennungskraftmaschine (12) mit einer Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle (122), – eine axial benachbart zu der Verbrennungskraftmaschine (12) angeordnete elektrische Maschine (14) mit einem Stator (141) und einem relativ zu dem Stator (141) rotierbar gelagerten Rotor (142), welcher eine als Hohlwelle ausgebildete und von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle (122) koaxial durchsetzte Elektromaschinen-Ausgangswelle (144) trägt, und – eine radial zu den Ausgangswellen (122, 144) beabstandete Sammelwelle (20), die mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Ausgangswellen (122, 144) über eine schaltbare Ausgangswellen-Kupplung (16) miteinander und über schaltbare Zahnradpaarungen (145/201, 146/202; 123/203, 124/204, 125/205, 126/206) mit der Sammelwelle gekoppelt (20) sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausgangswellen-Kupplung (16) sowohl axial als auch radial innerhalb eines von dem Rotor (142) umgriffenen und von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle (122) durchsetzten Raums angeordnet ist.The invention relates to a hybrid drive train for a motor vehicle, comprising an internal combustion engine (12) with an internal combustion engine output shaft (122), an electric machine (14) arranged axially adjacent to the internal combustion engine (12) with a stator (141) and a rotor (142) rotatably mounted relative to the stator (141) and carrying an electric machine output shaft (144) formed as a hollow shaft and coaxially interspersed by the engine output shaft (122), and radially to the output shafts (122, 144) ) spaced collecting shaft (20) coupled to an output of the motor vehicle, wherein the output shafts (122, 144) via a switchable output shaft coupling (16) with each other and via switchable gear pairs (145/201, 146/202; 123/203 , 124/204, 125/205, 126/206) are coupled to the collecting shaft (20). The invention is characterized in that the output shaft clutch (16) is disposed both axially and radially within a space encompassed by the rotor (142) and traversed by the internal combustion engine output shaft (122).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend

  • – eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle,
  • – eine axial benachbart zu der Verbrennungskraftmaschine angeordnete elektrische Maschine mit einem Stator und einem relativ zu dem Stator rotierbar gelagerten Rotor, welcher eine als Hohlwelle ausgebildete und von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle koaxial durchsetzte Elektromaschinen-Ausgangswelle trägt, und
  • – eine radial zu den Ausgangswellen beabstandete Sammelwelle, die mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist,
wobei die Ausgangswellen über eine schaltbare Ausgangswellen-Kupplung miteinander und über schaltbare Zahnradpaarungen mit der Sammelwelle gekoppelt sind. The invention relates to a hybrid powertrain for a motor vehicle, comprising
  • An internal combustion engine with an internal combustion engine output shaft,
  • - An axially adjacent to the internal combustion engine arranged electric machine with a stator and a rotatably mounted relative to the stator rotor, which carries a designed as a hollow shaft and from the internal combustion engine output shaft coaxially interspersed electric machine output shaft, and
  • A collecting shaft spaced radially from the output shafts and coupled to an output of the motor vehicle,
wherein the output shafts are coupled to each other via a switchable output shaft coupling and via switchable gear pairings with the collecting shaft.

Ein derartiger Antriebsstrang ist bekannt aus der DE 10 2012 016 990 A1 . Such a drive train is known from the DE 10 2012 016 990 A1 ,

Diese Druckschrift offenbart einen Hybridantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine, die einander unmittelbar benachbart und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine die elektrische Maschine, insbesondere deren Rotor, koaxial durchsetzt. Die Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine durchsetzt zudem eine mit dem Rotor fest verbundene, als Hohlwelle ausgebildete und sich auf der der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Seite der elektrischen Maschine erstreckende Elektromaschinen-Ausgangswelle. Auf der Elektromaschinen-Ausgangswelle sind mehrere Schalträder angeordnet, die mit korrespondierenden Festrädern auf einer parallel angeordneten Sammelwelle kämmen. In ihrem über das Ende der Elektromaschinen-Ausgangswelle hinausragenden Bereich trägt auch die Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle eine Mehrzahl von Schalträdern, die ebenfalls mit korrespondierenden Festrädern auf der Sammelwelle kämmen. Geeignetes Schalten der Schalträder, d.h. drehfestes Verbinden des jeweiligen Schaltrades mit seiner es tragenden Ausgangswelle, führt zu einer Drehmomentübertragung von einer oder beiden Ausgangswellen auf die Sammelwelle. Das auf die Sammelwelle übertragene Drehmoment wird über eine Stirnradstufe an ein Querdifferenzial einer angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs übertragen. Bei der bekannten Gestaltung erstreckt sich die angetriebene Achse parallel zur Sammelwelle und zu den Ausgangswellen. Mit anderen Worten offenbart die genannte Druckschrift eine Quereinbau-Anordnung des Antriebstrangs. This document discloses a hybrid powertrain with an internal combustion engine and an electric machine, which are arranged immediately adjacent to each other and coaxial with each other, wherein the output shaft of the internal combustion engine, the electric machine, in particular the rotor, passes coaxially. The output shaft of the internal combustion engine also passes through a fixed to the rotor, designed as a hollow shaft and on the side facing away from the internal combustion engine side of the electric machine extending electric machine output shaft. On the electric machine output shaft several switching wheels are arranged, which mesh with corresponding fixed wheels on a parallel collecting shaft. In its beyond the end of the electric machine output shaft projecting area and the internal combustion engine output shaft carries a plurality of switching wheels, which also mesh with corresponding fixed wheels on the collecting shaft. Appropriate switching of the switching wheels, i. non-rotatable connection of the respective switching wheel with its supporting output shaft, resulting in a torque transmission of one or both output shafts on the collecting shaft. The transmitted to the collecting shaft torque is transmitted via a spur gear to a transverse differential of a driven axle of the motor vehicle. In the known design, the driven axle extends parallel to the collecting shaft and to the output shafts. In other words, the cited document discloses a transverse arrangement of the drive train.

An ihrem freien, d.h. rotorfernen Ende trägt die Elektromaschinen-Ausgangswelle des bekannten Antriebsstrangs ein erstes Kupplungselement einer Ausgangswellen-Kupplung, deren zweites Kupplungselement mit der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle verbunden ist. Zur konstruktiven Ausgestaltung der Ausgangswellen-Kupplung verhält sich die genannte Druckschrift nicht. Als Zweck der Ausgangswellen-Kupplung gibt die genannte Druckschrift die Realisierung eines elektrischen Starters für die Verbrennungskraftmaschine (bei geschlossener Ausgangswellen-Kupplung und motorisch betriebener elektrischer Maschine) sowie die Realisierung eines „Notstromaggregats“ (bei geschlossener Ausgangswellen-Kupplung und generatorisch betriebener elektrischer Maschine) an. Die letztgenannte Funktion wird insbesondere im Zusammenhang mit der Möglichkeit erwähnt, eine leere Fahrbatterie wenigstens soweit aufzuladen, dass ein elektrisches Anfahren bis zu einer Geschwindigkeit, in welcher die Verbrennungskraftmaschine den weiteren Antrieb übernehmen kann, ermöglicht wird. Anfahren und Rückwärtsfahren erfolgt bei Fahrzeugen mit dem bekannten Antriebsstrang nämlich rein elektrisch. At her free, i. remote rotor end carries the electric machine output shaft of the known drive train, a first coupling element of an output shaft clutch whose second coupling element is connected to the internal combustion engine output shaft. For the structural design of the output shaft coupling, the cited document does not behave. The purpose of the output shaft coupling is the cited document the realization of an electric starter for the internal combustion engine (with closed output shaft clutch and motor-driven electric machine) and the realization of an "emergency generator" (with closed output shaft clutch and generator-operated electric machine) , The latter function is mentioned in particular in connection with the possibility of charging an empty traction battery at least to the extent that an electric starting up to a speed in which the internal combustion engine can take over the further drive is made possible. Start-up and reversing takes place in vehicles with the known powertrain namely purely electric.

Der bekannte Antriebsstrang weist zwei Nachteile auf. Zum einen benötigt er relativ großen axialen Bauraum. Zum anderen muss der Zeitverzug als nachteilig angesehen werden, der sich bei leerer Fahrbatterie daraus ergibt, dass ohne hinreichende Aufladung mittels der „Notstromaggregat“-Funktion kein Anfahren möglich ist. The known drive train has two disadvantages. First, it requires relatively large axial space. On the other hand, the time delay must be considered disadvantageous, which results in an empty drive battery, that without sufficient charging by means of the "emergency generator" function no start is possible.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Antriebsstrang hinsichtlich seines Bauraumbedarfs zu verbessern. It is the object of the present invention to improve a generic drive train in terms of its space requirements.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Ausgangswellen-Kupplung sowohl axial als auch radial innerhalb eines von dem Rotor umgriffenen und von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle durchsetzten Raums angeordnet ist. This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the output shaft coupling is arranged both axially and radially within a space encompassed by the rotor and penetrated by the internal combustion engine output shaft.

Der Kern der Erfindung besteht in einer Versetzung der Ausgangswellen-Kupplung in den von dem Rotor der vorzugsweise als Innenläufer-Maschine ausgestalteten elektrischen Maschine umgriffenen Freiraum. Hierdurch wird für die Ausgangswellen-Kupplung kein Raum außerhalb der Antriebsaggregate benötigt. Dieser steht also für die Staffelung der Zahnradpaarungen zur Verfügung. The essence of the invention consists in a displacement of the output shaft coupling in the space encompassed by the rotor of the preferably designed as an internal rotor machine electric machine clearance. As a result, no space outside the drive units is required for the output shaft coupling. This is therefore available for the staggering of the gear pairings.

Um auch bei leerer Fahrbatterie ein unverzügliches Anfahren gewährleisten zu können, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Ausgangswellen-Kupplung als eine kraftflüssige, schleifend betreibbare Kupplung ausgebildet ist. Dadurch wird nämlich ein verbrennungsmotorisches Anfahren ermöglicht. Die Ausgangswellen-Kupplung wirkt dabei wie eine herkömmliche Anfahrkupplung. In order to ensure an immediate start even when the drive battery is empty, is provided in a development of the invention that the output shaft coupling is designed as a power-liquid, grinding operable coupling. This is namely an internal combustion engine Approach allows. The output shaft coupling acts like a conventional starting clutch.

Die fehlende Möglichkeit eines verbrennungsmotorischen Anfahrens war bei dem gattungsgemäßen Antriebsstrang auch der Grund dafür, warum ein Rückwärtsfahrbetrieb ausschließlich elektrisch vorgesehen war. Bekanntermaßen erfolgt das Rückwärtsfahren bei Kraftfahrzeugen insbesondere beim Rangieren, setzt also die Möglichkeit des Anfahrens voraus. Nachdem diese durch die genannte Weiterbildung der Erfindung geschaffen ist, wird bei einer weiteren Weiterbildung der Erfindung die Rückfahrfunktionalität dadurch bereitgestellt, dass eine der Zahnradpaarungen zwischen der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle und der Sammelwelle ein zusätzliches Drehrichtungs-Umkehrrad umfasst. Anders als eine elektrische Maschine kennt eine Verbrennungskraftmaschine bekanntermaßen nur eine Drehrichtung. Zur Realisierung eines Rückwärtsgangs ist daher die Einfügung einer zusätzlichen Zahnradstufe in einer der Zahnradpaarungen erforderlich. The lack of possibility of an internal combustion engine starting was in the generic drive train also the reason why a reverse drive operation was provided exclusively electrically. As is known, reversing in motor vehicles takes place, in particular, when maneuvering, thus presupposing the possibility of starting. After this is provided by the aforementioned development of the invention, in a further development of the invention the Rückfahrfunktionalität is provided by the fact that one of the gear pairings between the internal combustion engine output shaft and the collecting shaft comprises an additional direction of rotation Umkehrrad. Unlike an electric machine, an internal combustion engine is known to know only one direction of rotation. For the realization of a reverse gear, therefore, the insertion of an additional gear stage in one of the gear pairings is required.

Man beachte, dass der Aspekt der kraftschlüssigen, schleifend betreibbaren Ausgangswellen-Kupplung vollkommen unabhängig von dem zuvor genannten Aspekt des Bauraumgewinns durch Positionierung der Ausgangswellen-Kupplung innerhalb des Rotors ist. Denkbar ist somit auch ein Antriebsstrang mit außerhalb des Rotors angeordneter, jedoch kraftschlüssig und schleifend betreibbarer Ausgangswellen-Kupplung. It should be noted that the aspect of frictionally operable, output-shaft, clutch-driven clutch is completely independent of the aforementioned aspect of space gain by positioning the output shaft clutch within the rotor. It is therefore conceivable also a drive train with arranged outside the rotor, but non-positively and grinding operable output shaft coupling.

Hinsichtlich der konkreten Anordnung der beteiligten Wellen kann die Erfindung in vielerlei Gestaltung ausgebildet sein. Ein im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum erhebliches Problem stellt die typischerweise radial recht ausladende elektrische Maschine dar. Deren Radius ist typischerweise größer als der Abstand zwischen den koaxialen Ausgangswellen und der Sammelwelle. Einem rein axialen Anschluss des weiteren Abtriebs an die Sammelwelle steht somit die elektrische Maschine buchstäblich im Wege. Bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Sammelwelle über eine erste Zahnradstufe mit einer die elektrische Maschine axial überspannenden Triebwelle verbunden ist, die ihrerseits mit einem Abtrieb zu einer ersten angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Mit der ersten Zahnradstufe erfolgt also eine Umlenkung des Drehmoments nach radial außen auf die radial außen an der elektrischen Maschine vorbeiführenden Triebwelle. Die erste Zahnradstufe ist dabei vorzugsweise als Stirnradstufe ausgebildet, da eine solche die vorgenannte Funktion mit besonders geringem axialen Bauraumbedarf erfüllen kann. With regard to the specific arrangement of the waves involved, the invention can be embodied in many designs. A considerable problem with regard to the available installation space is the typically radially right extending electrical machine. Its radius is typically greater than the distance between the coaxial output shafts and the collecting shaft. A purely axial connection of the further output to the collecting shaft thus literally stands in the way of the electric machine. In a favorable development of the invention it is therefore provided that the collecting shaft is connected via a first gear stage with an electric machine axially spanning drive shaft, which in turn is connected to an output to a first driven axle of the motor vehicle. With the first gear stage, therefore, a deflection of the torque takes place radially outward on the radially outside of the electric machine passing drive shaft. The first gear stage is preferably designed as a spur gear, since such a can fulfill the aforementioned function with a particularly small axial space requirement.

Die Triebwelle kann dann über eine zweite Zahnradstufe mit einem Querdifferenzial der ersten angetriebenen Achse verbunden sein. Diese zweite Zahnradstufe kann genutzt werden, um „hinter“ der elektrischen Maschine wieder eine Rückversetzung nach weiter radial innen zu ermöglichen. Sie kann jedoch auch zu einer Abwinklung des Momentenverlaufs genutzt werden, was insbesondere hilfreich ist, wenn ein Längseinbau des Antriebsstrangs im Kraftfahrzeug, d.h. senkrecht zur angetriebenen Achse, gewünscht ist. In diesem Fall hat es sich als günstig erwiesen, die zweite Zahnradstufe als Kegelradstufe auszubilden. The drive shaft can then be connected via a second gear stage with a transverse differential of the first driven axle. This second gear stage can be used to "back" of the electric machine to allow a return movement to further radially inward. However, it can also be used to bend the torque curve, which is particularly helpful when longitudinal installation of the drive train in the motor vehicle, i. perpendicular to the driven axis, is desired. In this case, it has proven to be advantageous to form the second gear stage as a bevel gear.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Ankopplung des Abtriebs am elektromaschinennahen Ende der Sammelwelle beschränkt. Alternativ oder zusätzlich steht auch das elektromaschinenferne Ende der Sammelwelle als Anschlussmöglichkeit für einen zweiten Abtrieb, d.h. einen Abtrieb zu einer zweiten angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs zur Verfügung. „Zweite“ bedeutet in diesem Zusammenhang nicht notwendig „zusätzliche“ angetriebene Achse. So kann die zweite angetriebene Achse anstelle der zuvor als erste angetriebene Achse angesprochenen Achse die einzige angetriebene Achse sein. Andererseits ist jedoch auch eine Variante mit zwei angetriebenen Achsen möglich. In diesem Fall hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Sammelwelle über eine kraftschlüssige, schleifend betreibbare Kupplungsanordnung mit dem Abtrieb zu der zweiten angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Mittels dieser Kupplungsanordnung kann die zweite angetriebene Achse dosiert zugeschaltet werden. However, the invention is not limited to a coupling of the output at the electrical machine near the end of the collecting shaft. Alternatively or additionally, the end of the collecting shaft remote from the electrical machine is also available as a connection possibility for a second output, i. an output to a second driven axle of the motor vehicle available. "Second" in this context does not necessarily mean "additional" driven axle. Thus, the second driven axle may be the only driven axle instead of the axle previously referred to as the first driven axle. On the other hand, however, a variant with two driven axles is possible. In this case, it has proved to be particularly advantageous when the collecting shaft is coupled via a non-positive, grinding operable coupling arrangement with the output to the second driven axle of the motor vehicle. By means of this coupling arrangement, the second driven axle can be switched dosed.

Eine bevorzugte Weiterbildung besteht auch darin, an dem Ende der Ausgangswelle, das der Verbrennungskraftmaschine (VKM) abgewandt ist, einen Startergenerator anzuordnen. Durch diese Position ist eine direkte Verbindung zur VKM gegeben. Es kann vorteilhaft auf einen sonst üblichen Riementrieb zur Anbindung des Startergenerators verzichtet werden, der den Wirkungsgrad verschlechtern würde. Die Anbindung des Startergenerators kann starr oder abkoppelbar erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann eine kleine Getriebestufe vorgesehen werden, um Drehzahl Drehmoment und/oder Position des Startergenerators anzupassen. Der Startergenerator kann vorteilhaft zum Starten der VKM und/oder zur aktiven Unterstützung bei der Drehzahl-Synchronisierung (beschleunigen/abbremsen der VKM) während des Schaltprozesses, zur Unterstützung bei der Fahrzeugbeschleunigung, zur Rekuperation, zur aktiven Schwingungstilgung der VKM oder als Generator (VKM treibt Startergenerator zur Versorgung der elektrischen Maschine an) genutzt werden. A preferred development is also to arrange at the end of the output shaft, which faces away from the internal combustion engine (VKM), a starter generator. This position gives a direct connection to the VKM. It may be advantageous to dispense with a conventional belt drive for connection of the starter generator, which would degrade the efficiency. The connection of the starter generator can be rigid or decoupled. Additionally or alternatively, a small gear stage may be provided to adjust speed of torque and / or position of the starter generator. The starter generator may be advantageous for starting the VKM and / or actively assisting in speed synchronization (accelerating / decelerating the VKM) during the shifting process, assisting in vehicle acceleration, recuperation, active vibration damping of the VKM or as a generator (VKM) Starter generator for supplying the electric machine to) can be used.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine für den Front-Längseinbau in einem Kraftfahrzeug geeignete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs, 1 a suitable for the front-longitudinal installation in a motor vehicle embodiment of a drive train according to the invention,

2 eine für den Längseinbau in einem allradgetriebenen Fahrzeug geeignete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs und 2 a suitable for longitudinal installation in a four-wheel drive vehicle embodiment of the drive train according to the invention and

3 eine für den Heck-Längseinbau geeignete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs. 3 a suitable for the rear longitudinal installation embodiment of the drive train according to the invention.

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin. Like reference numerals in the figures indicate like or analogous elements.

1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 10, die sich insbesondere für den Längseinbau in frontgetriebenen Kraftfahrzeugen eignet. Der Antriebsstrang 10 umfasst zwei Antriebsaggregate. Zum einen ist dies eine Verbrennungskraftmaschine 12, die über ihre Kurbelwelle 121, die in ihrer Verlängerung in eine Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 über geht, angeschlossen ist. Zum anderen ist dies eine elektrische Maschine 14, die bei der gezeigten Ausführungsform als Innenläufer-Maschine ausgebildet ist, mit einem karosseriefesten Stator 141 und einem radial innerhalb des Stators 141 rotierbar gelagerten Rotor 142. Die elektrische Maschine 14 ist über ihre Rotorwelle 143 angeschlossen, die in ihrer Verlängerung in die Elektromaschinen-Ausgangswelle 144 über geht. 1 shows a highly schematic representation of an embodiment of a drive train according to the invention 10 , which is particularly suitable for longitudinal installation in front-wheel drive vehicles. The powertrain 10 includes two drive units. For one, this is an internal combustion engine 12 , over her crankshaft 121 , in its extension in an internal combustion engine output shaft 122 goes over, is connected. On the other hand, this is an electric machine 14 , which is formed in the embodiment shown as an internal rotor machine, with a body-fixed stator 141 and one radially inside the stator 141 rotatably mounted rotor 142 , The electric machine 14 is over her rotor shaft 143 connected in their extension in the electric machine output shaft 144 goes over.

Die Elektromaschinen-Ausgangswelle 144 ist als Hohlwelle ausgebildet, die von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 in ihrer gesamten Länge koaxial durchsetzt wird. Die Elektromaschinen-Ausgangswelle 144 ragt rückwärts in den von dem Rotor 142 umgriffenen Freiraum hinein. Hier befindet sich eine Ausgangswellen-Kupplung 16, mittels welcher die Elektromaschinen-Ausgangswelle 144 und die Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 schaltbar miteinander gekoppelt sind. Die Ausgangswellen-Kupplung 18 ist bevorzugt als eine kraft-, insbesondere reibschlüssige Kupplung ausgebildet, die schleifend betreibbar ist. The electric machine output shaft 144 is designed as a hollow shaft, by the internal combustion engine output shaft 122 is coaxially penetrated in its entire length. The electric machine output shaft 144 protrudes backwards into that of the rotor 142 embraced free space. Here is an output shaft coupling 16 , by means of which the electric machine output shaft 144 and the internal combustion engine output shaft 122 switchable coupled together. The output shaft coupling 18 is preferably designed as a force, in particular frictional coupling, which is schleifend operable.

Parallel zu den Ausgangswellen 122, 144 ist eine Sammelwelle 20 gelagert. Die Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 einerseits und die Elektromaschinen-Ausgangswelle 144 andererseits sind jeweils über schaltbare Zahnradpaarungen mit der Sammelwelle 20 gekoppelt. Bei der gezeigten Ausführungsform trägt die Elektromaschinen-Ausgangswelle 144 ein erstes Festrad 145 und ein zweites Festrad 146. Das erste Festrad 145 kämmt mit einem ersten Losrad 201 auf der Sammelwelle 20. Das zweite Festrad 146 kämmt mit einem zweiten Losrad 202 auf der Sammelwelle 20. Mittels einer ersten Kupplung 22 sind die Schalträder 201, 202 einzeln drehfest mit der Sammelwelle 20 verbindbar. Hierdurch kann ein Momentenfluss zwischen der elektrischen Maschine 14 und der Sammelwelle 20 hergestellt werden. Parallel to the output shafts 122 . 144 is a collecting wave 20 stored. The internal combustion engine output shaft 122 on the one hand and the electric machine output shaft 144 On the other hand, in each case via switchable gear pairings with the collecting shaft 20 coupled. In the embodiment shown, the electric machine output shaft carries 144 a first fixed bike 145 and a second fixed wheel 146 , The first fixed wheel 145 meshes with a first idler gear 201 on the collecting shaft 20 , The second fixed wheel 146 meshes with a second loose wheel 202 on the collecting shaft 20 , By means of a first clutch 22 are the switching wheels 201 . 202 individually rotatable with the collecting shaft 20 connectable. This allows a flow of torque between the electric machine 14 and the collecting wave 20 getting produced.

Die Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 trägt ein drittes Losrad 123, ein viertes Losrad 124, ein drittes Festrad 125 und ein viertes Festrad 126. Das dritte Losrad 123 kämmt mit einem fünften Festrad 203 auf der Sammelwelle 20. Das vierte Losrad 124 kämmt mit einem sechsten Festrad 204 auf der Sammelwelle 20. Die beiden Losräder 123, 124 sind mittels einer zweiten Kupplung 24 einzeln drehfest mit der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 verbindbar. Hierdurch lässt sich ein Momentenfluss von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 zur Sammelwelle 20 herstellen. Das dritte Festrad 125 kämmt mit einem fünften Losrad 205 auf der Sammelwelle 20. Das vierte Festrad 126 kämmt mit einem sechsten Losrad 206 auf der Sammelwelle 20. Die beiden Losräder 205, 206 sind mittels einer dritten Kupplung 26 einzeln drehfest mit der Sammelwelle verbindbar. Hierdurch lässt sich ein Momentenfluss von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausganswelle 122 zur Sammelwelle 20 herstellen. The internal combustion engine output shaft 122 carries a third idler gear 123 , a fourth loose wheel 124 , a third Festrad 125 and a fourth fixed wheel 126 , The third idler 123 combs with a fifth fixed gear 203 on the collecting shaft 20 , The fourth idler gear 124 combs with a sixth fixed wheel 204 on the collecting shaft 20 , The two loose wheels 123 . 124 are by means of a second clutch 24 individually rotatable with the internal combustion engine output shaft 122 connectable. This allows a torque flow from the internal combustion engine output shaft 122 to the collecting shaft 20 produce. The third fixed wheel 125 meshes with a fifth loose wheel 205 on the collecting shaft 20 , The fourth fixed wheel 126 meshes with a sixth idler gear 206 on the collecting shaft 20 , The two loose wheels 205 . 206 are by means of a third clutch 26 individually rotatably connected to the collecting shaft. This allows a flow of torque from the internal combustion engine output shaft 122 to the collecting shaft 20 produce.

Der Fachmann wird verstehen, dass sich durch die oben erläuterten Schaltmöglichkeiten rein elektrische, rein verbrennungsmotorische oder hybride Momentenflüsse zwischen den Ausgangswellen 122, 144 und der Sammelwelle 20 herstellen lassen, wobei selbstverständlich nicht alle theoretisch möglichen Schaltkombinationen auch in der Praxis tatsächlich realisierbar sind. Insbesondere wird es nicht möglich sein, zwei unterschiedliche verbrennungsmotorische Momentenflüsse gleichzeitig zu realisieren. D.h. mindestens eine der beiden Kupplungen 24, 26 muss in jedem praktisch realisierbaren Schaltzustand offen sein, d.h. kein Schaltrad drehfest mit der zugeordneten Welle verbinden. The person skilled in the art will understand that purely electrical, purely internal combustion engine or hybrid torque flows between the output shafts can be achieved by the switching options explained above 122 . 144 and the collecting wave 20 Of course, not all theoretically possible switching combinations can actually be realized in practice. In particular, it will not be possible to realize two different internal combustion engine torque flows at the same time. This means at least one of the two clutches 24 . 26 must be open in any practically realizable switching state, ie no ratchet rotatably connect to the associated shaft.

An ihrem aggregatseitigen Ende trägt die Sammelwelle 20 ein Ausgangsritzel 207, welches mit einem Eingangsritzel 281 einer parallel angeordneten Triebwelle 28 kämmt. Die Triebwelle 28 ist über ein als Kegelrad ausgebildetes Ausgangsritzel 282 mit einem Querdifferenzial 30 verbunden, über welches eine angetriebene Frontachse 32 angebunden ist. Unter rein topologischen Aspekten könnte das Querdifferenzial 30 auch unmittelbar an den Ausgang der Sammelwelle 20 angebunden sein. In der Praxis wird hier jedoch der radial ausladende Stator 141 der elektrischen Maschine 14 im Wege sein. Über die Zahnradpaarung 207/281 und die Triebwelle 28 erfolgt daher eine räumliche Umgehung der elektrischen Maschine 14. At its aggregate end carries the collecting shaft 20 an output pinion 207 , which with an input pinion 281 a parallel drive shaft 28 combs. The shoot shaft 28 is about a designed as a bevel gear output pinion 282 with a transverse differential 30 connected, via which a driven front axle 32 is connected. From a purely topological point of view, this could be the transverse differential 30 also directly to the output of the collecting wave 20 be connected. In practice, however, here is the radially projecting stator 141 the electric machine 14 be in the way. About the gear pairing 207 / 281 and the shoot shaft 28 Therefore, a spatial bypass of the electrical machine 14 ,

Während die Kupplungen 22, 24, 26 der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122 bzw. der Sammelwelle 20 vorzugsweise als formschlüssige Kupplungen, insbesondere als Synchronisierungen oder als reine Klauenkupplungen ausgebildet sind, ist die Ausgangswellen-Kupplung 18 bevorzugt als kraft-, insbesondere reibschlüssige, schleifend betreibbare Kupplung ausgebildet. Auf diese Weise kann rein verbrennungsmotorisch angefahren werden, wobei die Ausgangswellenkupplung 18 als Fahrkupplung wirkt. Der Fachmann wird erkennen, dass dieses Anfahren unabhängig von der Fahrtrichtung erfolgen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist zwar kein verbrennungsmotorischer Rückwärtsgang realisiert. Für den Fachmann wird es jedoch ein Leichtes sein, eine der Zahnradpaarungen zwischen Ausgangswellen 122, 144 und Sammelwelle 20 mit einem zusätzlichen, Richtungsumkehrrad zu versehen, sodass auch ein rein verbrennungsmotorischer Rückwärtsgang realisiert werden kann. While the clutches 22 . 24 . 26 the internal combustion engine output shaft 122 or the collecting wave 20 are preferably designed as positive clutches, in particular as synchronizers or as pure jaw clutches, the output shaft coupling 18 preferably designed as a force, in particular frictional, grinding operable coupling. In this way, can be approached purely internal combustion engine, wherein the output shaft coupling 18 acts as a drive clutch. The person skilled in the art will recognize that this starting can take place independently of the direction of travel. In the illustrated embodiment, although no internal combustion engine reverse gear is realized. However, one skilled in the art will find it easy to use one of the gear pairs between output shafts 122 . 144 and collecting wave 20 provided with an additional direction reversing wheel, so that a purely internal combustion engine reverse gear can be realized.

Ergänzend kann an dem Ende der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122, das der Verbrennungskraftmaschine 12 abgewandt ist, ein Startergenerator 38 vorgesehen sein. Durch diese Position ist eine direkte Verbindung zur Verbrennungskraftmaschine 12 gegeben. Es kann vorteilhaft auf einen sonst üblichen Riementrieb zur Anbindung des Startergenerators 38 verzichtet werden, der den Wirkungsgrad verschlechtern würde. Die Anbindung des Startergenerators 38 kann starr oder abkoppelbar erfolgen. In addition, at the end of the internal combustion engine output shaft 122 , that of the internal combustion engine 12 turned away, a starter generator 38 be provided. This position is a direct connection to the internal combustion engine 12 given. It can be advantageous to a conventional belt drive for connection of the starter generator 38 be omitted, which would worsen the efficiency. The connection of the starter generator 38 can be rigid or decoupled.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang 10' in einer Ausführungsform für den Längseinbau in einem allradgetriebenen Fahrzeug. Zusätzlich zu den oben im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Elementen weist der Antriebsstrang 10' eine Kupplungsanordnung 34 auf, über welche eine über eine Kardanwelle 36 angebundene, zweite angetriebene Achse angeschossen ist. 2 shows a drive train according to the invention 10 ' in one embodiment for longitudinal installation in a four-wheel drive vehicle. In addition to the above related to 1 described elements, the drive train 10 ' a clutch assembly 34 on, over which one via a cardan shaft 36 tethered, second driven axle is shot.

3 zeigt einen Antriebsstrang 10'' in einer Ausführungsform für den Längseinbau bei einem hinterradgetriebenen Fahrzeug. Anstelle der Anbindung der Vorderachse 32 über das Differenzial 30 und die Triebwelle 28 erfolgt hier der Anschluss der nicht dargestellten Hinterachse über die Kardanwelle 36, wobei keine zusätzliche Kupplungsanordnung 34 wie bei der Ausführungsform von 2 erforderlich ist. 3 shows a drive train 10 '' in one embodiment for longitudinal installation in a rear-wheel drive vehicle. Instead of the connection of the front axle 32 about the differential 30 and the shoot shaft 28 here is the connection of the rear axle, not shown on the cardan shaft 36 , with no additional coupling arrangement 34 as in the embodiment of 2 is required.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. In the light of the disclosure herein, those skilled in the art will be offered a wide range of possible variations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 10', 10'' 10, 10 ', 10' '
Antriebsstrang powertrain
12 12
Verbrennungskraftmaschine Internal combustion engine
121 121
Kurbelwelle crankshaft
122 122
Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle Internal combustion engine output shaft
123 123
drittes Losrad third idler gear
124 124
viertes Losrad fourth idler gear
125 125
drittes Festrad third fixed wheel
126 126
viertes Festrad fourth fixed wheel
14 14
elektrische Maschine electric machine
141 141
Stator stator
142 142
Rotor rotor
143 143
Rotorwelle rotor shaft
144 144
Elektromaschinen-Ausgangswelle Electrical machinery output shaft
145 145
erstes Festrad first fixed bike
146 146
zweites Festrad second fixed wheel
16 16
Ausgangswellen-Kupplung Output shaft coupling
20 20
Sammelwelle collecting shaft
201 201
erstes Losrad first idler gear
202 202
zweites Losrad second idler gear
203 203
fünftes Festrad fifth fixed wheel
204 204
sechstes Festrad sixth fixed wheel
205 205
fünftes Losrad fifth idler gear
206 206
sechstes Losrad sixth idler gear
207 207
Sammelwellen-Ausgangsrad Collective wave output gear
22 22
erste Kupplung first clutch
24 24
zweite Kupplung second clutch
26 26
dritte Kupplung third clutch
28 28
Triebwelle drive shaft
281 281
Triebwellen-Eingangsrad Drive shaft input gear
282 282
Triebwellen-Ausgangsrad Engine shaft output gear
30 30
Querdifferenzial cross differential
32 32
Vorderachse Front
34 34
Kupplungsanordnung clutch assembly
36 36
Kardanwelle propeller shaft
38 38
Startergenerator starter generator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012016990 A1 [0002] DE 102012016990 A1 [0002]

Claims (10)

Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend – eine Verbrennungskraftmaschine (12) mit einer Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle (122), – eine axial benachbart zu der Verbrennungskraftmaschine (12) angeordnete elektrische Maschine (14) mit einem Stator (141) und einem relativ zu dem Stator (141) rotierbar gelagerten Rotor (142), welcher eine als Hohlwelle ausgebildete und von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle (122) koaxial durchsetzte Elektromaschinen-Ausgangswelle (144) trägt, und – eine radial zu den Ausgangswellen (122, 144) beabstandete Sammelwelle (20), die mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Ausgangswellen (122, 144) über eine schaltbare Ausgangswellen-Kupplung (16) miteinander und über schaltbare Zahnradpaarungen (145/201, 146/202; 123/203, 124/204, 125/205, 126/206) mit der Sammelwelle gekoppelt (20) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswellen-Kupplung (16) sowohl axial als auch radial innerhalb eines von dem Rotor (142) umgriffenen und von der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle (122) durchsetzten Raums angeordnet ist. Hybrid powertrain for a motor vehicle, comprising - an internal combustion engine ( 12 ) with an internal combustion engine output shaft ( 122 ), - an axially adjacent to the internal combustion engine ( 12 ) arranged electrical machine ( 14 ) with a stator ( 141 ) and one relative to the stator ( 141 ) rotatably mounted rotor ( 142 ), which is designed as a hollow shaft and by the internal combustion engine output shaft ( 122 ) coaxially interspersed electric machine output shaft ( 144 ), and - a radial to the output shafts ( 122 . 144 ) spaced collecting wave ( 20 ), which is coupled to an output of the motor vehicle, wherein the output shafts ( 122 . 144 ) via a switchable output shaft coupling ( 16 ) with each other and via switchable gear pairings ( 145 / 201 . 146 / 202 ; 123 / 203 . 124 / 204 . 125 / 205 . 126 / 206 ) coupled to the collecting wave ( 20 ), characterized in that the output shaft coupling ( 16 ) both axially and radially within one of the rotor ( 142 ) and from the internal combustion engine output shaft ( 122 ) interspersed space is arranged. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswellen-Kupplung (16) als eine kraftschlüssige, schleifend betreibbare Kupplung ausgebildet ist. Hybrid drive train according to claim 1, characterized in that the output shaft coupling ( 16 ) is designed as a non-positive, grinding operable coupling. Hybridantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Zahnradpaarungen zwischen der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle und der Sammelwelle ein zusätzliches Drehrichtungs-Umkehrrad umfasst. Hybrid powertrain according to one of the preceding claims, characterized in that one of the gear pairings between the internal combustion engine output shaft and the collecting shaft comprises an additional direction of rotation Umkehrrad. Hybridantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelwelle (20) über eine erste Zahnradstufe (207/281) mit einer die elektrische Maschine (14) axial überspannenden Triebwelle (28) verbunden ist, die ihrerseits mit einem Abtrieb zu einer ersten angetriebenen Achse (32) des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting shaft ( 20 ) via a first gear stage ( 207 / 281 ) with an electric machine ( 14 ) axially spanning drive shaft ( 28 ), which in turn is connected to an output to a first driven axle ( 32 ) of the motor vehicle is connected. Hybridantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zahnradstufe (207/281) als Stirnradstufe ausgebildet ist. Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the first gear stage ( 207 / 281 ) is designed as a spur gear. Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebwelle (28) über eine zweite Zahnradstufe (282) mit einem Querdifferenzial (30) der ersten angetriebenen Achse (32) verbunden ist. Hybrid drive train according to one of claims 4 to 5, characterized in that the drive shaft ( 28 ) via a second gear stage ( 282 ) with a transverse differential ( 30 ) of the first driven axle ( 32 ) connected is. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zahnradstufe (282) als Kegelradstufe ausgebildet ist. Hybrid drive train according to claim 6, characterized in that the second gear stage ( 282 ) is designed as a bevel gear. Hybridantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelwelle (20) mit einem Abtrieb zu einer zweiten angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting shaft ( 20 ) is coupled to an output to a second driven axle of the motor vehicle. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 8, soweit rückbezogen auf einen der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelwelle (20) über eine kraftschlüssige, schleifend betreibbare Kupplungsanordnung (34) mit dem Abtrieb zu der zweiten angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Hybrid drive train according to claim 8, when dependent on one of claims 4 to 6, characterized in that the collecting shaft ( 20 ) via a non-positive, slidably operable clutch assembly ( 34 ) is coupled to the output to the second driven axle of the motor vehicle. Hybridantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende der Verbrennungskraftmaschinen-Ausgangswelle 122, das der Verbrennungskraftmaschine 12 abgewandt ist, ein Startergenerator 38 angeordnet ist. Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that at the end of the internal combustion engine output shaft 122 , that of the internal combustion engine 12 turned away, a starter generator 38 is arranged.
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