DE102018102776B4 - Antriebsstrang für einen Motorroller und Motorroller mit einem solchen Antriebsstrang - Google Patents

Antriebsstrang für einen Motorroller und Motorroller mit einem solchen Antriebsstrang Download PDF

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Abstract

Antriebsstrang (10) für einen Motorroller, miteinem Verbrennungsmotor (12) zum Antrieb des Motorrollers,einem mit einer Antriebswelle (14) des Verbrennungsmotors (12) gekoppelten Stufenlosgetriebe (16),wobei eine Ausgangswelle (20) des Stufenlosgetriebes (16) mit einer mit einem Antriebsrad (26) koppelbaren Abtriebswelle (24) gekoppelt ist, undeiner elektrischen Maschine (36) zum elektrischen Antrieb des Motorrollers,wobei die elektrische Maschine (36) über einen Rekuperations-Freilauf (40) mit der Antriebswelle (14) und über einen Antriebs-Freilauf (44) mit der Abtriebswelle (24) koppelbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für einen Motorroller, mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb des Motorrollers und einer elektrischen Maschine zum elektrischen Antrieb des Motorrollers. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Motorroller mit einem solchen Antriebsstrang.
  • Es ist bekannt einen Motorroller mit Hilfe eines Verbrennungsmotors anzutreiben. Es ist auch bekannt einen Motorroller rein elektrisch mit Hilfe einer elektrischen Maschine anzutreiben. Es bestehen jedoch Probleme einen Motorroller als Hybrid-Fahrzeug auszugestalten, da der Bauraum bei einem Zweirad sehr stark eingeschränkt ist, um sowohl einen Verbrennungsmotor als auch eine elektrischen Maschine vorzusehen.
  • Die WO 2017 / 169 522 A1 offenbart ein Hybrid-Fahrzeug mit Sattel. Dieses Fahrzeug weist einen Verbrennungsmotor sowie einen elektrischen Antriebsmotor auf. Es ist mit einer Einheit ausgestattet, die erkennt, ob eine Verbindung zwischen einem Motor und einer Zentrifugalkupplung hergestellt ist. Das Fahrzeug ist weiterhin mit einer Bremskraftänderungseinheit ausgestattet.
  • Die JP 2004 - 122 925 A beschreibt ein Hybrid-Motorrad mit einer Antriebseinrichtung umfassend einen Motor und eine elektrische Maschine sowie eine elektromagnetische Kupplung.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine Ausgestaltung eines Motorrollers als Hybrid-Fahrzeug in vorteilhafter Weise ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder einen Motorroller mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Erfindungsgemäß ist ein Antriebsstrang für einen Motorroller vorgesehen, mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb des Motorrollers, einem mit einer Antriebswelle des Verbrennungsmotors gekoppelten Stufenlosgetriebe, wobei eine Ausgangswelle des Stufenlosgetriebes, insbesondere über mindestens einen Freilauf, mit einer mit einem Antriebsrad koppelbaren Abtriebswelle gekoppelt ist, und einer elektrischen Maschine zum elektrischen Antrieb des Motorrollers, wobei die elektrische Maschine über einen Rekuperations-Freilauf mit der Antriebswelle und über einen Antriebs-Freilauf mit der Abtriebswelle koppelbar ist.
  • Mit Hilfe des Rekuperations-Freilaufs kann ein Drehmomentfluss von dem Verbrennungsmotor über die Antriebswelle des Verbrennungsmotors und einer Motorwelle der elektrischen Maschine in die elektrische Maschine geleitet werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierzu kann eine überschüssige Antriebsleistung des Verbrennungsmotors abgezweigt werden und/oder bei einem Bremsen, wenn der Verbrennungsmotor als Motorbremse wirkt, Bremsenergie rekuperiert werden. Ein Abbremsen des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine beim regulären Antrieb des Motorrollers ist durch den Rekuperations-Freilauf vermieden. Mit Hilfe des Antriebs-Freilaufs kann ein in der elektrischen Maschine erzeugtes Drehmoment an die Abtriebswelle übertragen werden, um den Motorroller anzutreiben. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die elektrische Maschine mit Hilfe einer geeigneten Steuerung über einen weiten Drehmomentbereich betrieben werden kann und im Vergleich zum Verbrennungsmotor eine zusätzliche Übersetzung durch das Stufenlosgetriebe nicht erforderlich ist. Wirkungsgradverluste können dadurch vermieden werden. Ein Abbremsen der Abtriebswelle im regulären motorischen Betrieb ist durch den Antriebs-Freilauf vermieden. Durch die Anbindung der elektrischen Maschine einerseits an der Antriebswelle und anderseits an der Abtriebswelle kann die elektrische Maschine leicht zwischen dem Verbrennungsmotor und der Abtriebswelle positioniert werden. Die elektrische Maschine kann dadurch in einem Bauraum angeordnet werden, wo die elektrische Maschine leicht mit einem Fahrzeugrahmen des Motorrollers befestigt werden kann. Gleichzeitig kann die elektrische Maschine in einem Bereich zwischen der Abtriebswelle und dem Verbrennungsmotor positioniert werden, in dem üblicherweise ein Laderaum vorgesehen ist. Die elektrische Maschine kann unterhalb eines Sitzes des Motorrollers positioniert werden, der als schwenkbarer Deckel des Laderaums ausgestaltet ist. Die elektrische Maschine kann dadurch in einen Bauraum vorgesehen werden, der ansonsten für den Laderaum vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, die elektrische Maschine unterhalb des Laderaums und/oder zumindest teilweise innerhalb des Laderaums zu positionieren. Dies ermöglicht es, die elektrische Maschine zusätzlich zum Verbrennungsmotor vorzusehen und den Motorroller als Hybrid-Fahrzeug auszugestalten. Durch die mit Hilfe des Rekuperations-Freilaufs und des Antriebs-Freilaufs an der Antriebswelle und an der Abtriebswelle ankoppelbare elektrische Maschine kann die elektrische Maschine in einem Bauraum im Bereich eines Laderaums des Motorrollers vorgesehen werden, so dass die Ausgestaltung eines Motorroller als Hybrid-Fahrzeug ermöglicht ist.
  • Ein Motorroller („Scooter“) ist üblicherweise für den Transport von ein bis zwei Personen ausgelegt. Es ist jedoch bekannt, dass in der Praxis ein Elektromotorroller auch sehr stark beladen werden kann. Beispielweise werden mit einem Elektromotorroller bisweilen fünf Personen transportiert oder ein Fahrer des Elektromotorroller transportiert zusätzlich eine sperrige und/oder schwere Last. Während bei einer Fahrt mit ein oder zwei Personen eine hohe Drehzahl und ein geringes Drehmoment gewünscht wird, ist bei einer sehr starken Beladung des Elektromotorrollers eine höheres Drehmoment bei einer geringeren Drehzahl gewünscht. Durch das Stufenlosgetriebe kann jedoch leicht und schnell auf unterschiedlichste Betriebssituationen reagiert werden. Dies ermöglicht es auch bei unterschiedlichsten Betriebspunkten des Motorrollers einen hinsichtlich des Wirkungsgrads möglichst optimalen Betriebspunkt für den Verbrennungsmotor anzusteuern. Dies erhöht die Effizienz und die Reichweite des Motorrollers. Zudem ermöglicht die variable Übersetzung des Stufenlosgetriebes eine höhere Rekuperationsleistung, wenn die elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben wird. Durch das Einstellen einer optimalen Übersetzung kann eine entsprechend höhere Leistungsaufnahme bei der Rekuperation erreicht werden. Durch das Stufenlosgetriebe kann auch für sehr unterschiedliche Betriebssituationen des Motorrollers für die elektrische Maschine ein Betriebspunkt mit einem hohen Wirkungsgrad angesteuert werden, so dass ein Betrieb eines Motorrollers mit einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht ist.
  • Das insbesondere als Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe ausgestaltete Stufenlosgetriebe, auch als CVT-Getriebe („CVT“ = continuously variable transmission) bezeichnet, kann durch eine Veränderung des axialen Abstands einer eingangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten eingangsseitigen Gegenscheibe und eine korrespondierende Veränderung des axialen Abstands einer ausgangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten ausgangsseitigen Gegenscheibe das Übersetzungsverhältnis und damit das übertragene Drehmoment und die übertragene Drehzahl stufenlos ändern. Das minimale und das maximale Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes sind durch den minimalen und den maximalen wirksamen Durchmesser des eingangsseitigen und ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes an einem angreifenden Umschlingungsmittel definiert. Eine Welle des eingangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit einer Antriebswelle der elektrischen Maschine gekoppelt sein oder die Antriebswelle ausbilden. Eine Welle des ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit einer Abtriebswelle zum Antrieb des Antriebsrads gekoppelt sein oder die Abtriebswelle ausbilden.
  • Insbesondere ist der Rekuperations-Freilauf und/oder der Antriebs-Freilauf schaltbar ausgestaltet. Dies ermöglicht es weitere Betriebsmodi zu realisieren. Beispielsweise kann bei einem Bremsen ein Drehmoment über den in den arretierten Zustand geschalteten Antriebs-Freilauf in die elektrische Maschine eingeleitet werden, um Bremsenergie zu rekuperieren, ohne dass hierzu der Drehmomentfluss über das Stufenlosgetriebe erfolgen muss und/oder ohne dass beim Rekuperieren von Bremsenergie gleichzeitig der Verbrennungsmotor angekoppelt sein muss. Zudem kann auch ein Boost-Modus realisiert werden, in dem ein Drehmoment sowohl von dem Verbrennungsmotor als auch von der elektrischen Maschine an die Abtriebswelle übertragen wird. Es ist auch möglich ein von der elektrischen Maschine erzeugtes Drehmoment an die Antriebswelle abzugeben, so dass mit Hilfe des Stufenlosgetriebes eine zusätzliche Übersetzung erfolgen kann, was insbesondere bei einer starken Überladung des Motorrollers vorteilhaft sein kann. Insbesondere kann die elektrische Maschine in diesem Fall zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt werden, indem die elektrische Maschine ein ausreichend großes Startmoment in den Verbrennungsmotor einleitet. Ein separater Starter zum Starten des Verbrennungsmotors kann dadurch eingespart werden.
  • Vorzugsweise weist die elektrische Maschine eine Motorwelle auf, wobei der Rekuperations-Freilauf und der Antriebs-Freilauf koaxial an der Motorwelle angeschlossen sind. Dadurch können auch der der Rekuperations-Freilauf und der Antriebs-Freilauf in einem hierfür ausreichenden Bauraum untergebracht werden.
  • Besonders bevorzugt ist die elektrische Maschine über ein erstes Zugmittel mit der Antriebswelle und/oder über ein zweites Zugmittel mit der Abtriebswelle koppelbar. Dadurch ist eine kostengünstige drehmomentübertragende Anbindung ermöglicht. Eine Ankoppelung über Stirnradverzahnung kann dadurch vermieden werden. Das erste Zugmittel und das zweite Zugmittel können hierbei zumindest teilweise im Wesentlichen neben einem Zugmittel des Stufenlosgetriebes vorgesehen sein, so dass eine für das Stufenlosgetriebe gegebenenfalls vorgesehene Abdeckung auch das erste Zugmittel und/oder das zweite Zugmittel zumindest teilweise abdeckt.
  • Insbesondere ist die Ausgangswelle des Stufenlosgetriebes durch eine von dem zweiten Zugmittel begrenzte Öffnung hindurchgeführt. Die Abtriebswelle kann im Wesentlichen parallel zu der Ausgangswelle des Stufenlosgetriebes verlaufen. Das zweite Zugmittel kann insbesondere zwischen dem Stufenlosgetriebe und einem mit der Abtriebswelle verbundenen Antriebsrad angeordnet sein. Da die Ausgangswelle des Stufenlosgetriebes durch die Schlaufe des zweiten Zugmittels hindurchgeführt ist, ist bei einem kompakten bauraumsparenden Aufbau eine gegenseitige Störung des zweiten Zugmittels und der Ausgangswelle vermieden.
  • Vorzugsweise ist die Ausgangswelle über einen bidirektionalen schaltbaren Freilauf mit der Abtriebswelle koppelbar. Der bidirektionale schaltbare Freilauf ermöglicht es wahlweise eine Drehmomentübertragung in die eine Umfangsrichtung und ein Freilaufen in die andere Umfangsrichtung oder ein Freilaufen in die eine Umfangsrichtung und eine Drehmomentübertragung in die andere Umfangsrichtung vorzusehen. Dadurch können verschiedene Betriebsmodi, wie beispielsweise Rekuperation, motorischer Antrieb, elektrischer Antrieb, Boost-Betrieb und/oder Segelbetrieb, leicht eingestellt werden.
  • Besonders bevorzugt ist die Ausgangswelle über eine Zwischenübersetzung mit der Abtriebswelle koppelbar, wobei insbesondere die Zwischenübersetzung eine über eine erste Stirnradverzahnung mit der Ausgangswelle und über eine zweite Stirnradverzahnung mit der Abtriebswelle koppelbare Zwischenwelle aufweist. Die Zwischenübersetzung kann eine feste Übersetzung vorsehen, so dass das Stufenlosgetriebe über den gesamten Übersetzungsbereich einen Betriebspunkt für den Verbrennungsmotor einstellen kann, der nahe am optimalen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors liegt. Insbesondere ist es leicht möglich an der Zwischenwelle bauraumsparend einen bidirektionalen schaltbaren Freilauf vorzusehen.
  • Insbesondere weist die Abtriebswelle einen, insbesondere als Freilauf ausgestalteten, Entkoppler zur Bereitstellung eines Segelbetriebs auf. Durch die Positionierung des, insbesondere schaltbaren, Entkopplers an der Abtriebswelle kann das Schleppmoment des Motorrollers im Segelbetrieb minimiert werden. Der Motorroller kann dadurch besonders lange von seinem eigenen Schwung vorwärts bewegt werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch reduziert und die Reichweite erhöht werden kann.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Motorroller mit einem Antriebsstrang, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, und einem mit der Abtriebswelle verbundenen Antriebsrad. Durch die mit Hilfe des Rekuperations-Freilaufs und des Antriebs-Freilaufs an der Antriebswelle und an der Abtriebswelle ankoppelbare elektrische Maschine kann die elektrische Maschine in einem Bauraum im Bereich eines Laderaums des Motorrollers vorgesehen werden, so dass die Ausgestaltung eines Motorroller als Hybrid-Fahrzeug ermöglicht ist.
  • Vorzugsweise ist ein Laderaum zur Aufnahme von Gegenständen, insbesondere zur Aufnahme eines Motorradhelms, vorgesehen, wobei die elektrische Maschine unterhalb des Laderaums angeordnet ist. Eine Beschädigung der elektrischen Maschine durch in den Laderaum eingelegte Gegenstände kann dadurch vermieden werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs und
    • 2: eine schematische perspektivische Darstellung des Antriebsstrangs aus 1.
  • Der in 1 und 2 dargestellte Antriebsstrang 10 für einen als Hybrid-Fahrzeug ausgestalteten Motorroller weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, dessen Antriebswelle 14 gleichzeitig eine Eingangswelle eines als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgestaltetes Stufenlosgetriebe 16 ausbildet. Über eine Fliehkraftkupplung 18 kann die von dem Stufenlosgetriebe 16 gewandelte Leistung an eine Ausgangswelle 20 abgegeben werden. Die Ausgangswelle 20 ist über eine Zwischenübersetzung 22 mit einer Abtriebswelle 24 gekoppelt, die ein Antriebsrad 26 des Motorrollers antreibt.
  • Die Zwischenübersetzung 22 weist eine Zwischenwelle 28 auf, die über eine erste Stirnradverzahnung 30 mit der Ausgangswelle 20 und über eine zweite Stirnradverzahnung 32 mit der Abtriebswelle 24 gekoppelt ist. In den mit der Zwischenwelle 28 verbundenen Zahnrädern kann jeweils ein schaltbarer Freilauf vorgesehen sein, so dass ein bidirektionaler schaltbarer Freilauf ausgestaltet werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann in dem mit der Abtriebswelle 24 gekoppelten Zahnrad der zweiten Stirnradverzahnung 32 ein, insbesondere als Freilauf ausgestalteter, Entkoppler 34 vorgesehen sein, um einen Segelbetrieb des Motorrollers vorzusehen.
  • Zusätzlich ist eine im Motorbetrieb und im Generatorbetrieb betreibbare elektrische Maschine 36 vorgesehen. Eine Motorwelle 38 der elektrische Maschine 36 weist einen schaltbaren Rekuperations-Freilauf 40 auf, um die Motorwelle 38 über ein erstes Zugmittel 42 an der Antriebswelle 14 ankoppeln zu können. Zusätzlich weist die Motorwelle 38 der elektrische Maschine 36 einen schaltbaren Antriebs-Freilauf 44 auf, um die Motorwelle 38 über ein zweites Zugmittel 46 an der Abtriebswelle 24 ankoppeln zu können. Die Ausgangswelle 20 des Stufenlosgetriebes 16 ist hierbei durch eine von dem schlaufenförmigen zweiten Zugmittel 46 begrenzte Öffnung hindurchgeführt. Dadurch kann die elektrische Maschine 36 in einem Bereich eines Laderaums des Motorrollers mit einem Fahrzeugrahmen des Motorrollers befestigt werden, ohne dass die Anbindung der elektrischen Maschine 36 die Anbindung des Verbrennungsmotors 12 stört.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebsstrang
    12
    Verbrennungsmotor
    14
    Antriebswelle
    16
    Stufenlosgetriebe
    18
    Fliehkraftkupplung
    20
    Ausgangswelle
    22
    Zwischenübersetzung
    24
    Abtriebswelle
    26
    Antriebsrad
    28
    Zwischenwelle
    30
    erste Stirnradverzahnung
    32
    zweite Stirnradverzahnung
    34
    Entkoppler
    36
    elektrische Maschine
    38
    Motorwelle
    40
    Rekuperations-Freilauf
    42
    erstes Zugmittel
    44
    Antriebs-Freilauf
    46
    zweites Zugmittel

Claims (10)

  1. Antriebsstrang (10) für einen Motorroller, mit einem Verbrennungsmotor (12) zum Antrieb des Motorrollers, einem mit einer Antriebswelle (14) des Verbrennungsmotors (12) gekoppelten Stufenlosgetriebe (16), wobei eine Ausgangswelle (20) des Stufenlosgetriebes (16) mit einer mit einem Antriebsrad (26) koppelbaren Abtriebswelle (24) gekoppelt ist, und einer elektrischen Maschine (36) zum elektrischen Antrieb des Motorrollers, wobei die elektrische Maschine (36) über einen Rekuperations-Freilauf (40) mit der Antriebswelle (14) und über einen Antriebs-Freilauf (44) mit der Abtriebswelle (24) koppelbar ist.
  2. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperations-Freilauf (40) und/oder der Antriebs-Freilauf (44) schaltbar ausgestaltet ist.
  3. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (36) eine Motorwelle (38) aufweist, wobei der Rekuperations-Freilauf (40) und der Antriebs-Freilauf (44) koaxial an der Motorwelle (38) angeschlossen sind.
  4. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (36) über ein erstes Zugmittel (42) mit der Antriebswelle (14) und/oder über ein zweites Zugmittel (46) mit der Abtriebswelle (24) koppelbar ist.
  5. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (20) des Stufenlosgetriebes (16) durch eine von dem zweiten Zugmittel (46) begrenzte Öffnung hindurchgeführt ist.
  6. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (20) über einen bidirektionalen schaltbaren Freilauf mit der Abtriebswelle (24) koppelbar ist.
  7. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (20) über eine Zwischenübersetzung (22) mit der Abtriebswelle (24) koppelbar ist, wobei insbesondere die Zwischenübersetzung (22) eine über eine erste Stirnradverzahnung (30) mit der Ausgangswelle (20) und über eine zweite Stirnradverzahnung (32) mit der Abtriebswelle (24) koppelbare Zwischenwelle (28) aufweist.
  8. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (24) einen, insbesondere als Freilauf ausgestalteten, Entkoppler (34) zur Bereitstellung eines Segelbetriebs aufweist.
  9. Motorroller mit einem Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem mit der Abtriebswelle (24) verbundenen Antriebsrad (26).
  10. Motorroller nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein Laderaum zur Aufnahme von Gegenständen, insbesondere zur Aufnahme eines Motorradhelms, vorgesehen ist, wobei die elektrische Maschine (36) unterhalb des Laderaums angeordnet ist.
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