DE102019118220A1 - Antriebseinrichtung für einen hybridischen Antriebsstrang - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (1) für einen hybridischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer koaxial zu dieser angeordneten Elektromaschine (4), wobei zwischen einem Rotor (6) der Elektromaschine (4) und einer Abtriebswelle (8) der Antriebseinrichtung (1) ein Drehschwingungsdämpfer (9) mit einer zwischen Rotor (6) und Abtriebswelle (8) in Umfangsrichtung wirksam angeordneten Federeinrichtung (10) angeordnet ist. Um unter Berücksichtigung des Massenträgheitsmoments des Rotors (6) eine verbesserte Drehschwingungsdämpfung der Antriebseinrichtung (1) in einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine vorzuschlagen, ist bei einem vorgegebenen Verdrehwinkelbereich zwischen Rotor (6) und Abtriebswelle (8) kleiner als einem maximalen Verdrehwinkel eine Torsionsfederrate der Federeinrichtung (10) kleiner gleich 20 Nm/°, bevorzugt kleiner gleich 10 Nm/°, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 Nm/° eingestellt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen hybridischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer koaxial zu dieser angeordneten Elektromaschine, wobei zwischen einem Rotor der Elektromaschine und einer Abtriebswelle der Antriebseinrichtung ein Drehschwingungsdämpfer mit einer zwischen Rotor und Abtriebswelle in Umfangsrichtung wirksam angeordneten Federeinrichtung angeordnet ist.
- Antriebseinrichtungen für hybridische Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen enthalten eine Brennkraftmaschine und eine als Elektromotor und als Generator einsetzbare Elektromaschine, deren Rotor koaxial zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Aus der Druckschrift
WO 2015/172784 A2 - Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
- Die vorgeschlagene Antriebseinrichtung dient in einem hybridischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der Bereitstellung des gewünschten Drehmoments zur Übertragung auf Antriebsräder unter Zwischenschaltung eines Getriebes, beispielsweise eines Schaltgetriebes, Doppelkupplungsgetriebes, Automatgetriebes oder dergleichen. Die Antriebseinrichtung enthält eine Brennkraftmaschine und eine koaxial zu dieser angeordneten Elektromaschine. Je nach Ausführungsform des hybridischen Antriebsstrangs kann beispielsweise eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs ausschließlich mit Brennkraftmaschine oder Elektromaschine, im hybridischen Betrieb, Rekuperation oder dergleichen vorgesehen sein. Die Elektromaschine kann zudem die Brennkraftmaschine nach Stillsetzung starten.
- Die Brennkraftmaschine ist dabei konstruktionsbedingt drehschwingungsbehaftet, so dass zur Isolation der Drehschwingungen zwischen einem Rotor der Elektromaschine und einer Abtriebswelle der Antriebseinrichtung ein Drehschwingungsdämpfer mit einer zwischen Rotor und Abtriebswelle in Umfangsrichtung wirksam angeordneten Federeinrichtung angeordnet ist. Um den Drehschwingungsdämpferspezifisch auf einen von dem Massenträgheitsmoment der Elektromaschine beeinflussten Drehschwingungsverlauf insbesondere im Teillastbereich der Brennkraftmaschine abzustimmen und damit eine Beruhigung des hybridischen Antriebsstrangs mit der vorgeschlagenen Antriebseinrichtung zu erzielen, ist bei einem vorgegebenen Verdrehwinkelbereich des Drehschwingungsdämpfers, also bei einer entsprechenden relativen Verdrehung zwischen Rotor und Abtriebswelle kleiner als einem maximalen Verdrehwinkel eine Torsionsfederrate der Federeinrichtung kleiner gleich 20 Nm/°, bevorzugt kleiner gleich 10 Nm/°, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 Nm/° eingestellt. Dies bedeutet, dass bei kleinen Verdrehwinkeln des Drehschwingungsdämpfers eine Torsionsfederrate eingestellt ist, die auf das Drehschwingungsverhalten der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des Massenträgheitsmoments des Rotors der Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine gegenüber der restlichen Torsionsfederrate bei größeren Verdrehwinkeln erniedrigt ist. Ein Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine kann beispielsweise ein Kriechvorgang des Kraftfahrzeugs mit dem hybridischen Antriebsstrang sein, wobei sich der Rotor der Elektromaschine als Massetilger auswirkt. Aufgrund dieses Einflusses des Rotors ist eine entsprechend geringere Auslegung der Torsionsfederrate bei Verdrehwinkeln kleiner als der maximale Verdrehwinkel des Drehschwingungsdämpfers.
- Der Drehschwingungsdämpfer kann einen vorgegebenen Freiwinkel aufweisen, bei dem keine Drehschwingungsdämpfung stattfindet. Der vorgegebene Verdrehwinkelbereich kann größer als 3°, bevorzugt größer als 5° bis zu einem vorgegebenen Verdrehwinkel ausgebildet sein, der kleiner als der maximale Verdrehwinkel, beispielsweise kleiner als die Hälfte des maximalen Verdrehwinkels ist.
- Dem vorgegebenen Verdrehwinkelbereich kann zumindest teilweise eine Hysterese wie beispielsweise eine mittels einer Reibeinrichtung erzeugte Reibhysterese parallel geschaltet sein. Ein Freiwinkel der Reibeinrichtung über einen Teil des vorgegebenen Winkelbereichs kann vorgesehen sein. Die Hysterese beträgt beispielsweise größer gleich 8 Nm, bevorzugt größer gleich 16 Nm.
- In vorteilhafter Weise können die Hysterese und die Torsionsfederrate in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander ausgebildet sein, welches beispielsweise kleiner 94 und größer 376 ist, wobei der Verdrehwinkel der Torsionsfederrate als Bogenmaß in Ansatz gebracht ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehschwingungsdämpfers ist dieser als sogenannter Scheibendämpfer ausgebildet, bei dem ein beispielsweise mit dem Rotor drehfest verbundenes Eingangsteil und ein beispielsweise eine Ausgangsnabe zur Verbindung mit der Abtriebswelle bildendes Ausgangsteil aus gegeneinander um eine Rotorachse entgegen der Wirkung der Federeinrichtung begrenzt verdrehbaren Scheibenteilen gebildet ist, wobei über den Umfang verteilt angeordnete Schraubendruckfedern in Federfenstern der Scheibenteile aufgenommen sind und Stirnseiten der Schraubendruckfedern von Fensterflanken der Federfenster in Umfangsrichtung beaufschlagt sind.
- Um auf weitere Elemente zur Bereitstellung der Torsionsfederrate in dem vorgegebenen Verdrehwinkelbereich verzichten zu können, kann die Torsionsfederrate des vorgegebenen Verdrehwinkelbereichs mittels zumindest eines vorgegebenen Anstellwinkels den Stirnflächen der Schraubendruckfedern und den Fensterflanken der Federfenster eingestellt sein. Durch die Ausbildung eines Anstellwinkels an einer oder beiden Fensterflanken des Eingangs- und/oder des Ausgangsteils des Drehschwingungsdämpfers erfolgt bei Verdrehwinkeln innerhalb des vorgegebenen Verdrehwinkels lediglich eine teilweise Beaufschlagung der Schraubendruckfedern mit entsprechend verringerter Torsionsfederrate.
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- Zur besseren Steuerung der verschiedenen Betriebszustände der Antriebseinrichtung kann zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Rotor der Elektromaschine eine Reibungskupplung angeordnet sein. Die Reibungskupplung kann als Nasskupplung ausgebildet sein. Die Reibungskupplung kann vollständig radial innerhalb des Rotors angeordnet sein. Die Reibungskupplung kann axial beabstandet zu dem radial innerhalb des Rotors angeordneten Drehschwingungsdämpfer angeordnet sein.
- Zur weiteren Verbesserung der Isolation von Drehschwingungen der Antriebseinrichtung kann zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Rotor der Elektromaschine ein weiterer Drehschwingungsdämpfer angeordnet sein. Dieser Drehschwingungsdämpfer kann eine aus Bogenfedern gebildete Federeinrichtung aufweisen. Die Federeinrichtung kann auf radialer Höhe eines Stators der Elektromaschine angeordnet sein.
- Die Erfindung wird anhand des in den
1 bis6 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen: -
1 eine Antriebseinrichtung in schematischer Darstellung, -
2 den oberen Teil der konstruktiv ausgeführten, um eine Drehachse angeordneten Antriebseinrichtung der1 im Schnitt, -
3 ein Diagramm der Torsionsfederrate des ersten Drehschwingungsdämpfers der2 , -
4 den oberen Teil des um die Drehachse angeordneten Drehschwingungsdämpfers der2 im Schnitt, -
5 eine Teilansicht des Drehschwingungsdämpfers der4 und -
6 ein Diagramm des Federverhaltens des Drehschwingungsdämpfers der4 und5 . - Die
1 zeigt die für einen hybridischen Antriebsstrang vorgesehene Antriebseinrichtung1 in schematischer Darstellung. Die Antriebseinrichtung1 enthält die Brennkraftmaschine2 mit der Kurbelwelle3 und die Elektromaschine4 mit dem Stator5 und dem koaxial zu der Kurbelwelle3 angeordneten Rotor6 . Zwischen der Kurbelwelle3 und dem Rotor6 ist die Reibungskupplung7 angeordnet. Zwischen dem Rotor6 und der Abtriebswelle8 ist der erste Drehschwingungsdämpfer9 mit der Federeinrichtung10 und der parallel zu dieser geschalteten Reibeinrichtung11 angeordnet. Zwischen der Kurbelwelle3 und der Reibungskupplung7 ist der zweite Drehschwingungsdämpfer12 mit der aus Bogenfedern gebildeten Federeinrichtung13 und der parallel zu dieser geschalteten Reibeinrichtung14 angeordnet. - Die Drehschwingungsdämpfer
9 ,12 dienen der Drehschwingungsisolation der Brennkraftmaschine2 , wobei der Drehschwingungsdämpfer9 auf die von dem Massenträgheitsmoment des Rotors6 abhängigen Drehschwingungen der Brennkraftmaschine2 im Teillastbetrieb beispielsweise während eines Kriechvorgangs eines mit der Antriebseinrichtung1 versehenen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs abgestimmt ist. Hierzu sind die Federeinrichtung10 und die Reibeinrichtung in einem vorgegebenen kleinen Verdrehwinkelbereich zwischen dem Rotor6 und der Abtriebswelle8 , beispielsweise einer Getriebeeingangswelle mit auf das Massenträgheitsmoment des Rotors6 abgestimmten Torsionsfederraten und einer entsprechenden Hysterese versehen. - Die
2 zeigt den oberen Teil der um die Drehachsed verdrehbar angeordneten Antriebseinrichtung1 der1 in konstruktiver Ausbildung im Schnitt ohne die Brennkraftmaschine2 (1 ), deren Kurbelwelle mittels der Verbindungsmittel15 , beispielsweise Schrauben mit dem Eingangsteil16 des zweiten Drehschwingungsdämpfers12 verbunden ist. Das Ausgangsteil17 des Drehschwingungsdämpfers12 ist auf der Welle18 drehfest aufgenommen, welche verdrehbar an der mit dem Stator5 verbundenen Trägerhülse19 aufgenommen ist. Die Trägerhülse19 nimmt radial außen das Betätigungssystem20 der als Nasskupplung ausgebildeten Reibungskupplung7 auf. Das Eingangsteil21 der Reibungskupplung7 ist drehfest mit der Welle18 verbunden, das als Außenlammellenträger ausgebildete Ausgangsteil22 der Reibungskupplung7 ist drehfest mit dem Rotor6 verbunden. Das Scheibenteil23 verbindet den Rotor6 mit dem Eingangsteil24 des Drehschwingungsdämpfers9 . Das Eingangsteil24 ist aus den beiden axial beabstandeten, miteinander verbundenen Scheibenteilen25 ,26 gebildet, welche zwischen sich das Ausgangsteil27 des Drehschwingungsdämpfers9 aufnehmen. Das Ausgangsteil27 enthält das mittels der Nabe29 mit der Abtriebswelle8 drehfest verbundene Scheibenteil28 . In den Scheibenteilen25 ,26 ,28 sind die über den Umfang verteilt angeordneten und stirnseitig jeweils in Umfangsrichtung bei einer Relativverdrehung zwischen Rotor6 und Abtriebswelle8 belasteten Schraubendruckfedern30 der Federeinrichtung10 aufgenommen. Zwischen den Scheibenteilen26 ,28 ist die Reibeinrichtung11 wirksam. - Die
3 zeigt das Diagramm31 mit dem TorsionsmomentMT über den VerdrehwinkelαV des Drehschwingungsdämpfers9 der2 . Der Drehschwingungsdämpfer9 weist gegenüber dem maximalen VerdrehwinkelαVmax den VerdrehwinkelbereichΔαV zwischen dem Verdrehwinkel 0 und dem VerdrehwinkelαVG , beispielsweise größer 3° bis 5° und kleiner als die Hälfte oder ein Drittel des maximalen VerdrehwinkelsαVmax mit einem gering ansteigenden TorsionsmomentMG und damit mit einer geringen TorsionsfederrateCG auf, die auf das Drehschwingungsverhalten der Antriebseinrichtung1 (1 und2 ) bei einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine2 unter Einfluss des Massenträgheitsmoments des Rotors6 abgestimmt ist. Im weiteren Verlauf der Torsionsfederrate bei den vorgegebenen VerdrehwinkelnαVG überschreitenden VerdrehwinkelnαV können beispielsweise sich linear weiterentwickelnde Torsionsfederraten in Graph32 oder ansteigende Torsionsfederraten in Graph33 vorgesehen sein. - Die
4 zeigt den oberen Teil des um die Drehachsed angeordneten Drehschwingungsdämpfers9 der2 im Schnitt mit den Scheibenteilen25 ,26 ,28 und den in den Federfenstern34 ,35 ,36 untergebrachten und radial nach außen abgestützten Schraubendruckfedern30 . Die Federfenster34 ,35 ,36 weisen jeweils beidseitig die Stirnseiten der Schraubendruckfedern30 in Umfangsrichtung beaufschlagende Fensterflanken37 ,38 ,39 auf. Zur Darstellung der TorsionsfederratenCG der3 ohne zusätzliche Federelemente der Federeinrichtung10 ist zwischen den Stirnseiten der Schraubendruckfedern30 und den Fensterflanken39 der Federfenster36 des Scheibenteils28 der in5 gezeigte AnstellwinkelαF vorgesehen. - Die
5 zeigt eine Teilansicht des Drehschwingungsdämpfers9 bei vorderem abgenommenem Scheibenteil25 (4 ). Die in den Federfenstern35 ,36 aufgenommenen Schraubendruckfedern30 werden von den Fensterflanken38 des Scheibenteils25 plan anliegend beaufschlagt. Zwischen den Fensterflanken39 und den Stirnseiten der Schraubendruckfedern30 ist der AnstellwinkelαF , beispielsweise zumindest 2° eingestellt. Hierdurch wird bei einer Verdrehung der Scheibenteile26 ,28 gegeneinander um die Drehachse zuerst der radial innere Teil der Schraubendruckfedern30 mit einem entsprechend verringerten Torsionsmoment verdreht. Hierdurch stellen sich bei entsprechender Auslegung des AnstellwinkelsαF verringerte Torsionsfederraten in dem VerdrehwinkelbereichΔαV (3 ) ein. Bei Überschreiten des AnstellwinkelsαF werden die Schraubendruckfedern30 gleichmäßig belastet, so dass sich die ursprünglich vorgesehene Torsionsfederrate der Schraubendruckfedern30 einstellt. Es versteht sich, dass die Fensterflanken37 des Scheibenteils25 (4 ) entsprechend den Fensterflanken38 des Scheibenteils26 ausgebildet sind. - Die
6 zeigt das gegenüber dem Diagramm31 der3 abgeänderte Diagramm40 mit dem TorsionsmomentMT über den VerdrehwinkelαV . Im Unterschied zu dem Diagramm31 ist dem TorsionsmomentMT innerhalb des VerdrehwinkelbereichsΔαV mittels der Reibeinrichtung11 (2 ) ein verschlepptes Reibmoment ±MTR zur Bereitstellung einer Hysterese jeweils in beide Richtungen über einen vorgegebenen ReibwinkelbereichΔαTR , beispielsweise ± 1° überlagert. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Elektromaschine
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Reibungskupplung
- 8
- Abtriebswelle
- 9
- Drehschwingungsdämpfer
- 10
- Federeinrichtung
- 11
- Reibeinrichtung
- 12
- Drehschwingungsdämpfer
- 13
- Federeinrichtung
- 14
- Reibeinrichtung
- 15
- Verbindungsmittel
- 16
- Eingangsteil
- 17
- Ausgangsteil
- 18
- Welle
- 19
- Trägerhülse
- 20
- Betätigungssystem
- 21
- Eingangsteil
- 22
- Ausgangsteil
- 23
- Scheibenteil
- 24
- Eingangsteil
- 25
- Scheibenteil
- 26
- Scheibenteil
- 27
- Ausgangsteil
- 28
- Scheibenteil
- 29
- Nabe
- 30
- Schraubendruckfeder
- 31
- Diagramm
- 32
- Graph
- 33
- Graph
- 34
- Federfenster
- 35
- Federfenster
- 36
- Federfenster
- 37
- Fensterflanke
- 38
- Fensterflanke
- 39
- Fensterflanke
- 40
- Diagramm
- CG
- Torsionsfederrate
- d
- Drehachse
- MG
- vorgegebenes Torsionsmoment
- MT
- Torsionsmoment
- MTR
- Reibmoment
- αF
- Anstellwinkel
- αV
- Verdrehwinkel
- αVG
- vorgegebener Verdrehwinkel
- αVmax
- maximaler Verdrehwinkel
- ΔαV
- Verdrehwinkelbereich
- ΔαTR
- Reibwinkelbereich
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2015/172784 A2 [0002]
Claims (10)
- Antriebseinrichtung (1) für einen hybridischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine (2) und einer koaxial zu dieser angeordneten Elektromaschine (4), wobei zwischen einem Rotor (6) der Elektromaschine (4) und einer Abtriebswelle (8) der Antriebseinrichtung (1) ein Drehschwingungsdämpfer (9) mit einer zwischen Rotor (6) und Abtriebswelle (8) in Umfangsrichtung wirksam angeordneten Federeinrichtung (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vorgegebenen Verdrehwinkelbereich (ΔαV) zwischen Rotor (6) und Abtriebswelle (8) kleiner als einem maximalen Verdrehwinkel (αV) eine Torsionsfederrate (CG) der Federeinrichtung kleiner gleich 20 Nm/°, bevorzugt kleiner gleich 10 Nm/°, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 Nm/° eingestellt ist.
- Antriebseinrichtung (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Verdrehwinkelbereich (ΔαV) größer als 3°, bevorzugt größer als 5° ist. - Antriebseinrichtung (1)
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass eine über zumindest einen Teil des Verdrehwinkelbereichs (ΔαV) eingestellte Hysterese größer gleich 8 Nm, bevorzugt größer gleich 16 Nm ist. - Antriebseinrichtung (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Bogenwinkels einer über den Verdrehwinkelbereich (ΔαV) eingestellten Hysterese und der Torsionsfederrate (CG) kleiner 94 und größer 376 ist. - Antriebseinrichtung (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangsteil (24) und ein Ausgangsteil (27) des Drehschwingungsdämpfers (9) aus gegeneinander um eine Drehachse (d) entgegen der Wirkung der Federeinrichtung (10) begrenzt verdrehbaren Scheibenteilen (25, 26, 28) gebildet ist, wobei über den Umfang verteilt angeordnete Schraubendruckfedern (30) in Federfenstern (34, 35, 36) der Scheibenteile (25, 26, 28) aufgenommen sind und Stirnseiten der Schraubendruckfedern (30) von Fensterflanken (37, 38, 39) der Federfenster (34, 35, 36) in Umfangsrichtung beaufschlagt sind. - Antriebseinrichtung (1) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfederrate (CG) des vorgegebenen Verdrehwinkelbereichs (ΔαV) mittels zumindest eines vorgegebenen Anstellwinkels (αF) zwischen den Stirnflächen der Schraubendruckfedern (30) und zumindest einer Fensterflanke (39) eines Federfensters (36) eingestellt ist. - Antriebseinrichtung (1) nach
Anspruch 6 oder7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel (αF) größer gleich 2° beträgt. - Antriebseinrichtung (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis8 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine (2) und einem Rotor (6) der Elektromaschine (4) eine Reibungskupplung (7) angeordnet ist. - Antriebseinrichtung (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine (2) und einem Rotor (6) der Elektromaschine (4) ein weiterer Drehschwingungsdämpfer (12) angeordnet ist.
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