DE102018118159A1

DE102018118159A1 - Hybridgetriebe mit doppelantriebpumpe

Info

Publication number: DE102018118159A1
Application number: DE102018118159.0A
Authority: DE
Inventors: Gregory Daniel Goleski; David Allen Janson; Jeffrey Edward Maurer; Matthew David Hammond
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2019-01-31
Also published as: US10245951B2; CN109305028A; US20190031026A1

Abstract

In einem Pumpensystem für ein Hybrid-Elektrogetriebe wird die Pumpe abwechselnd durch die Antriebswelle und die Abtriebswelle angetrieben, je nachdem welche sich schneller dreht. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind koaxial. Kettenräder und eine Kette übertragen Kraft von der Achse der Antriebs- und Abtriebswellen auf die Achse der Pumpe. Das angetriebene Kettenrad ist mit der Antriebswelle durch eine erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt und mit der Abtriebswelle durch eine zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt. Es werden zwei alternative Anordnungen von Einwegkupplung und Lagern offenbart.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Hybrid-Elektrofahrzeuge. Genauer gesagt betrifft die Offenbarung ein mit einem Verbrennungsmotor angetriebenes außeraxiales Pumpenantriebssystem, das ausgelegt ist, um den Pumpenantrieb aufrechtzuerhalten, wenn ein Fahrzeug elektrisch angetrieben wird.
HINTERGRUND
Viele Fahrzeuge werden über einen breiten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten verwendet, die sowohl eine Vorwärts- als auch eine Rückwärtsbewegung umfassen. Einige Arten von Verbrennungsmotoren sind jedoch nur in einem schmalen Geschwindigkeitsbereich in der Lage, effizient zu funktionieren. Folglich werden häufig Getriebe verwendet, die in der Lage sind, Kraft bei diversen Übersetzungsverhältnissen effizient zu übertragen. Wenn das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit fährt, wird das Getriebe gewöhnlich mit einem hohen Übersetzungsverhältnis betätigt, so dass es das Drehmoment des Verbrennungsmotors für eine verbesserte Beschleunigung multipliziert. Bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht das Betätigen des Getriebes mit einem niedrigen Übersetzungsverhältnis eine Verbrennungsmotordrehzahl, die mit einer ruhigen, kraftstoffeffizienten Fahrt verbunden ist.
Getriebebauteile, wie etwa Zahnräder und Lager, müssen geschmiert werden. Gewöhnlich enthält ein Getriebegehäuse einen Vorrat an Schmierfluid, das dazu neigt, sich in dem untersten Abschnitt des Gehäuses, der so genannten Ölwanne, anzusammeln. Es kann eine Pumpe verwendet werden, um das Schmierfluid aus der Ölwanne auf jedes der zu schmierenden Bauteile zu verteilen.
Um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, umfassen einige Fahrzeuge Hybrid-Triebstränge, die einen Energiespeicher verwenden, um die Energie zu ergänzen, die durch die Brennkraftmaschine erzeugt wird. Diese Triebstränge ermöglichen es dem Fahrzeug, eine Zeit lang bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und den Rest der Zeit mit Drehmomentpegeln, bei denen der Verbrennungsmotor effizienter ist, zu funktionieren. Hybrid-Triebstränge ermöglichen auch das Auffangen und die spätere Verwendung von Energie, die ansonsten durch die Bremsanlage abgeleitet würde.
KURZDARSTELLUNG
Ein Hybrid-Getriebe umfasst Antriebs- und Abtriebswellen, einen Motor, antreibende und angetriebene Kettenräder, eine Kette und eine Pumpe. Die Antriebswelle ist zur Befestigung an einer Brennkraftmaschine geeignet. Die Abtriebswelle ist koaxial zur Antriebswelle und antriebsmäßig mit einem Differentialgetriebe verbunden. Der Motor ist konfiguriert, um die Abtriebswelle anzutreiben, wenn die Antriebswelle stillsteht. Das Antriebskettenrad ist mit der Antriebswelle durch eine erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt und mit der Abtriebswelle durch eine zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt. Das Antriebskettenrad kann durch die Antriebswelle anhand einer Kombination aus Lagern und Einwegkupplung getragen werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Einwegkupplung auf eine radial äußere Oberfläche des Antriebskettenrads und eine radial innere Oberfläche der Abtriebswelle einwirken. Bei einigen Ausführungsformen kann das Antriebskettenrad ein inneres Element umfassen, das mit einem äußeren Element verzahnt ist. Das innere Element kann mit der Antriebswelle selektiv gekoppelt sein, während das äußere Element mit der Abtriebswelle selektiv gekoppelt ist. Die Kette bringt sowohl das Antriebskettenrad als auch das angetriebene Kettenrad in Eingriff. Die Pumpe ist antriebsmäßig mit dem angetriebenen Kettenrad verbunden.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Hybrid-Getriebe erste und zweite Kettenräder, eine erste Elektromaschine und eine Pumpe. Die ersten und zweiten Kettenräder sind durch eine Kette antriebsmäßig miteinander verbunden. Das erste Kettenrad ist mit einer Antriebswelle durch eine erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt und mit einer Abtriebswelle durch eine zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt. Die erste Elektromaschine ist konfiguriert, um die Abtriebswelle anzutreiben, wenn die Antriebswelle stillsteht. Die Pumpe wird durch das zweite Kettenrad angetrieben. Das Hybrid-Getriebe kann auch ein einfaches Planetengetriebe umfassen, das ein Sonnenrad, das mit einer zweiten Elektromaschine fest gekoppelt ist, ein Zwischenrad, das mit der Antriebswelle fest gekoppelt ist, und ein Hohlrad, das antriebsmäßig mit der Abtriebswelle verbunden und antriebsmäßig mit der ersten Elektromaschine verbunden ist, aufweist.
Ein Pumpensystem für ein Hybrid-Getriebe umfasst erste und zweite Kettenräder und eine Pumpe. Die ersten und zweiten Kettenräder sind durch eine Kette miteinander antriebsmäßig verbunden. Das erste Kettenrad ist mit einer Antriebswelle durch eine erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt und mit einer Abtriebswelle durch eine zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt. Das erste Kettenrad kann durch die Antriebswelle anhand einer Kombination aus Lagern und Einwegkupplung getragen werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Einwegkupplung auf eine radial äußere Oberfläche des ersten Kettenrads und eine radial innere Oberfläche der Abtriebswelle einwirken. Bei einigen Ausführungsformen kann das erste Kettenrad ein inneres Element umfassen, das mit einem äußeren Element verzahnt ist. Das innere Element kann mit der Antriebswelle selektiv gekoppelt sein, während das äußere Element mit der Abtriebswelle selektiv gekoppelt ist. Die Antriebswelle ist für eine Verbindung mit einer Brennkraftmaschine geeignet, und die Abtriebswelle ist geeignet, um die Fahrzeugräder anzutreiben. Die Pumpe wird durch das zweite Kettenrad angetrieben.
Figurenliste
Es zeigen:

1 einen Querschnitt eines Triebstrangs eines Hybrid-Fahrzeugs.
2 ein schematisches Diagramm eines Pumpenantriebsmechanismus, der zur Verwendung in dem Antriebstrang eines Hybrid-Fahrzeugs aus 1 geeignet ist.
3 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des Pumpenantriebsmechanismus aus 2.
4 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform des Pumpenantriebsmechanismus aus 2.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung nur beispielhaft sind, die in diversen und alternativen Formen ausgebildet sein kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten von bestimmten Bauteilen zu zeigen. Daher sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionsmäßige Einzelheiten nicht als einschränkend sondern nur als eine stellvertretende Grundlage zur Belehrung des Fachmanns, um die vorliegende Erfindung unterschiedlich anzuwenden, anzusehen.
1 ist ein Querschnitt eines Hybrid-Getriebes. Mechanische Kraft wird an der Antriebswelle 10 von einer Brennkraftmaschine zugeführt. Die Antriebswelle 10 ist mit dem Zwischenrad des einfachen Planetengetriebes 12 fest gekoppelt. Der Rotor 14 einer ersten Elektromaschine ist mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes 12 fest gekoppelt. Die Abtriebswelle 16 ist mit dem Hohlrad des Planetengetriebes 12 fest gekoppelt. Kraft wird von der Abtriebswelle 16 anhand einer Zwischenwelle 20 auf das Differenzialgetriebe 18 übertragen. Der Rotor 22 einer zweiten Elektromaschine befindet sich koaxial zu der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 16 und treibt auch die Zwischenwelle 20 an, jedoch mit einem anderen Übersetzungsverhältnis als die Abtriebswelle 16.
Die Statoren jeder der beiden Elektromaschinen sind elektrisch an Wechselrichter angeschlossen. Die Wechselrichter regeln den Strom derart, dass ein gewünschter Drehmomentpegel auf den jeweiligen Rotor ausgeübt wird. In einigen Betriebsarten nimmt eine Elektromaschine elektrische Energie auf und erzeugt mechanische Kraft. In anderen Betriebsarten nimmt eine Elektromaschine mechanische Kraft auf und erzeugt elektrische Energie. Die gesamte elektrische Nettoenergie, die durch die beiden Elektromaschinen erzeugt wird, wird in einer Batterie gespeichert. In anderen Betriebsarten stellt die Batterie elektrische Energie bereit. In einigen Betriebsarten kann die Brennkraftmaschine ausgeschaltet sein, und die gesamte Energie wird durch die Batterie bereitgestellt, welche die zweite Elektromaschine antreibt.
Die Lager und die kämmenden Zahnräder müssen geschmiert werden, um effizient zu funktionieren und um einen zu schnellen Verschleiß zu vermeiden. Das Schmiermittel entnimmt auch Wärme aus den Bauteilen. Das Schmiermittel läuft normalerweise in die unterste Region des Getriebegehäuses ab, die als Ölwanne bezeichnet wird. Ein wenig Schmiermittel aus der Ölwanne kann sich durch das Spritzen auf diverse Bauteile verteilen. Es wird jedoch bevorzugt, das Schmiermittel systematisch auf die Bauteile zu verteilen. Herkömmlicherweise wird das Schmiermittel durch eine Pumpe verteilt, die durch die Antriebswelle angetrieben wird. Wenn die Brennkraftmaschine jedoch nicht läuft, dreht sich die Antriebswelle nicht. Wenn das Schmiermittel während der Betriebsarten nur mit Batterie nicht effektiv verteilt werden kann, muss die Steuerung die Betriebsdauer in diesen Betriebsarten einschränken, was die mögliche Kraftstoffersparnis des Triebstrangs reduziert.
2 zeigt den Pumpenantriebsmechanismus des Getriebes aus 1. Wenn sich die Antriebswelle 10 schneller als die Abtriebswelle 16 dreht, wird das Antriebskettenrad 24 durch die Antriebswelle anhand einer ersten Einwegkupplung 26 angetrieben. Wenn sich die Abtriebswelle 16 schneller als die Antriebswelle 10 dreht, wird das Antriebskettenrad 24 durch die Abtriebswelle anhand einer zweiten Einwegkupplung 28 angetrieben. Das Antriebskettenrad 24 wird zur Drehung um die gleiche Achse wie die Drehachse der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 16 herum getragen. Das angetriebene Kettenrad 30 wird zur Drehung um eine zweite Achse herum getragen. Die Kette 32 legt sich um das Antriebskettenrad 24 und das angetriebene Kettenrad 30, wobei sie mit den Zähnen an jedem Kettenrad derart in Eingriff kommt, dass die Drehzahlen der beiden Kettenräder proportional sind. Die Pumpe 34 ist fest mit dem angetriebenen Kettenrad 30 gekoppelt.
3 zeigt einen Querschnitt des angetriebenen Kettenradhalters einer ersten Ausführungsform des Pumpenantriebs. Die Abtriebswelle 16 wird an einem Ende durch das Getriebegehäuse 40 anhand eines Kugellagers 42 gehalten. Die Antriebswelle 10 wird an einem Ende durch die Abtriebswelle 16 anhand eines Kugellagers 44 gehalten. Eine Abdeckung 46 und eine Dichtung 48 schließen das Eingangsende des Getriebes an der Antriebswelle ein. Das angetriebene Kettenrad 24 wird durch die Antriebswelle 10 anhand einer Kombination aus Lagern und Einwegkupplung 50 radial getragen. Die Kombination aus Lagern und Einwegkupplung 50 umfasst drei Rollensätze. Der äußere Laufring ist um die äußeren Rollen herum, die als Lager dienen, kreisförmig. Der äußere Laufring weist geneigte Oberflächen um den mittleren Rollensatz herum auf, so dass die Rollen jedes Mal zwischen der Welle und dem äußeren Laufring eingeklemmt werden, wenn sich das Kettenrad 24 zeitweilig langsamer als die Antriebswelle 10 dreht. Nach einer geringfügigen relativen Verlagerung koppelt dieses Einklemmen das Kettenrad 24 mit der Welle 10, so dass sie sich mit dergleichen Drehzahl drehen. Eine positive Drehung des angetriebenen Kettenrads 24 im Verhältnis zur Antriebswelle 10 entlastet das Einklemmen, um eine uneingeschränkte relative Drehung in dieser Richtung zu erlauben. Das angetriebene Kettenrad 24 wird axial durch eine Laufbüchse 52 positioniert. Die Einwegkupplung 54 ist ähnlich wie der innere Abschnitt der Baugruppe 50 aufgebaut, um es dem angetriebenen Kettenrad 24 zu ermöglichen, sich schneller als die Abtriebswelle 16 zu drehen, und sie als Reaktion auf eine geringfügige relative Drehung in der entgegengesetzten Richtung zu koppeln.
4 zeigt einen Querschnitt des angetriebenen Kettenradhalters einer zweiten Ausführungsform des Pumpenantriebs. Das angetriebene Kettenrad 24' wird durch die Abtriebswelle 16 anhand der Kombination aus Lagern und Einwegkupplung 56 radial gehalten. Eine Kettenradnabe 58 wird durch die Antriebswelle 10 anhand der Kombination aus Lagern und Einwegkupplung 50 radial gehalten. Die Kettenradnabe 58 und das Kettenrad 24' werden durch eine Zahnwelle zusammengefügt, die sie zwingt, sich mit der gleichen Drehzahl zu drehen, jedoch geringfügige Differenzen der Drehachse berücksichtigt. Somit ist die Konzentrizitätstoleranz nicht so kritisch.
Obwohl zuvor Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, wird nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr ist der Wortlaut, der in der Beschreibung verwendet wird, ein beschreibender statt einschränkender Wortlaut, und es versteht sich, dass diverse Änderungen vorgenommen werden können, ohne Geist und Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können die Merkmale der diversen Ausführungsformen der Umsetzung kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Hybrid-Getriebe, umfassend: eine Antriebswelle, die zur Befestigung an einer Brennkraftmaschine geeignet ist; eine Abtriebswelle, die zu der Antriebswelle koaxial ist und antriebsmäßig an ein Differentialgetriebe angeschlossen ist; einen Motor, der konfiguriert ist, um die Abtriebswelle anzutreiben, wenn die Antriebswelle stillsteht; ein Antriebskettenrad, das mit der Antriebswelle durch eine erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist und mit der Abtriebswelle durch eine zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist; ein angetriebenes Kettenrad; eine Kette, die sowohl das Antriebskettenrad als auch das angetriebene Kettenrad in Eingriff bringt; und eine Pumpe, die antriebsmäßig mit dem angetriebenen Kettenrad gekoppelt ist.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Antriebskettenrad durch die Antriebswelle anhand einer kombinierten Baugruppe aus Lagern und Einwegkupplung getragen wird.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 2, wobei die zweite Einwegkupplung auf eine radial äußere Oberfläche des Antriebskettenrads einwirkt und auf eine radial innere Oberfläche der Abtriebswelle radial einwirkt.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Antriebskettenrad ein inneres Element umfasst, das mit einem äußeren Element verzahnt ist, das innere Element mit der Antriebswelle durch die erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist und das äußere Element mit der Abtriebswelle durch die zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 4, wobei das innere Element durch die Antriebswelle anhand einer ersten kombinierten Baugruppe aus Lagern und Einwegkupplung getragen wird.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 4, wobei das äußere Element durch die Abtriebswelle anhand einer zweiten kombinierten Baugruppe aus Lagern und Einwegkupplung getragen wird.
Hybrid-Getriebe, umfassend: erste und zweite Kettenräder, die durch eine Kette antriebsmäßig miteinander verbunden sind, wobei das erste Kettenrad mit einer Antriebswelle durch eine erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist und mit einer Abtriebswelle durch eine zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist; eine erste Elektromaschine, die konfiguriert ist, um die Abtriebswelle anzutreiben, wenn die Antriebswelle stillsteht; und eine Pumpe, die drehmäßig durch das zweite Kettenrad angetrieben wird.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine einfaches Planetengetriebe, das ein Sonnenrad, das mit einer zweiten Elektromaschine fest gekoppelt ist, ein Zwischenrad, das mit der Antriebswelle fest gekoppelt ist, und ein Hohlrad, das mit der Abtriebswelle antriebsmäßig verbunden und mit der ersten Elektromaschine antriebsmäßig verbunden ist, aufweist.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 7, wobei das erste Kettenrad durch die Antriebswelle anhand einer kombinierten Baugruppe aus Lagern und Einwegkupplung getragen wird.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 9, wobei die zweite Einwegkupplung auf eine radial äußere Oberfläche des ersten Kettenrads einwirkt und auf eine radial innere Oberfläche der Abtriebswelle radial einwirkt.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 7, wobei das erste Kettenrad ein inneres Element umfasst, das mit einem äußeren Element verzahnt ist, wobei das innere Element mit der Antriebswelle durch die erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist und das äußere Element mit der Abtriebswelle durch die zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist.
Pumpensystem für ein Hybrid-Getriebe, umfassend: erste und zweite Kettenräder, die durch eine Kette miteinander antriebsmäßig verbunden sind, wobei das erste Kettenrad mit einer Antriebswelle durch eine erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist und mit einer Abtriebswelle durch eine zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle zur Verbindung mit einer Brennkraftmaschine geeignet ist und die Abtriebswelle geeignet ist, um die Fahrzeugräder anzutreiben; und eine Pumpe, die drehmäßig durch das zweite Kettenrad angetrieben wird.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 12, wobei das erste Kettenrad durch die Antriebswelle anhand einer kombinierten Baugruppe aus Lagern und Einwegkupplung getragen wird.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 13, wobei die zweite Einwegkupplung auf eine radial äußere Oberfläche des ersten Kettenrads einwirkt und auf eine radial innere Oberfläche der Abtriebswelle einwirkt.
Hybrid-Getriebe nach Anspruch 12, wobei das erste Kettenrad ein inneres Element umfasst, das mit einem äußeren Element verzahnt ist, wobei das innere Element mit der Antriebswelle durch die erste Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist und das äußere Element mit der Abtriebswelle durch die zweite Einwegkupplung selektiv gekoppelt ist.