DE102019206623A1 - Drive unit for a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents

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Michael Baeuerle
Klaus Ries-Mueller
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Getriebe (12) zum Antreiben von Fahrzeugrädern (30), einen Elektromotor (14) zum Antreiben des Getriebes (12), eine Leistungselektronik (16) zum Ansteuern des Elektromotors (14), einen Verbrennungsmotor (20), und eine Motorkupplung (18), mittels welcher der Verbrennungsmotor (20) mit dem Getriebe (12) verbindbar ist. Dabei treibt der Verbrennungsmotor (20) bei geschlossener Motorkupplung (18) den Elektromotor (14) über das Getriebe (12) an. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Antriebseinheit (10) umfasst.The invention relates to a drive unit (10) for a motor vehicle, comprising a transmission (12) for driving vehicle wheels (30), an electric motor (14) for driving the transmission (12), and power electronics (16) for controlling the electric motor (14) ), an internal combustion engine (20), and a motor clutch (18) by means of which the internal combustion engine (20) can be connected to the transmission (12). When the engine clutch (18) is closed, the combustion engine (20) drives the electric motor (14) via the gearbox (12). The invention also relates to a motor vehicle which comprises a drive unit (10) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, welche ein Getriebe zum Antreiben von Fahrzeugräder, einen Elektromotor zum Antreiben des Getriebes, eine Leistungselektronik zum Ansteuern des Elektromotors, einen Verbrennungsmotor, und eine Motorkupplung, mittels welcher der Verbrennungsmotor mit dem Getriebe verbindbar ist, umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Antriebseinheit umfasst.The invention relates to a drive unit for a motor vehicle, which comprises a transmission for driving vehicle wheels, an electric motor for driving the transmission, power electronics for controlling the electric motor, an internal combustion engine, and a motor clutch by means of which the internal combustion engine can be connected to the transmission. The invention also relates to a motor vehicle which comprises a drive unit according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft vermehrt elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen werden. Solche als Elektrokraftfahrzeuge bezeichneten Kraftfahrzeuge weisen eine oder mehrere elektrische Antriebseinheiten auf. Beispielsweise ist für jede Achse des Kraftfahrzeugs eine Antriebseinheit vorgesehen. Eine solche Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug umfasst beispielsweise ein Getriebe zum Antreiben von Fahrzeugrädern, einen Elektromotor zum Antreiben des Getriebes und eine Leistungselektronik zum Ansteuern des Elektromotors.It is becoming apparent that electrically powered vehicles will increasingly be used in the future. Such motor vehicles, referred to as electric motor vehicles, have one or more electric drive units. For example, a drive unit is provided for each axle of the motor vehicle. Such a drive unit for a motor vehicle comprises, for example, a transmission for driving vehicle wheels, an electric motor for driving the transmission and power electronics for controlling the electric motor.

In solchen Kraftfahrzeugen werden aufladbare Batterien zur Speicherung von elektrischer Energie eingesetzt. Der Elektromotor wird dabei über die Leistungselektronik mit der in der aufladbaren Batterie gespeicherten elektrischen Energie versorgt. Die in der aufladbaren Batterie gespeicherte elektrische Energie ist begrenzt. Somit ist auch eine Reichweite des Kraftfahrzeugs begrenzt.In such motor vehicles, rechargeable batteries are used to store electrical energy. The electric motor is supplied with the electrical energy stored in the rechargeable battery via the power electronics. The electrical energy stored in the rechargeable battery is limited. The range of the motor vehicle is thus also limited.

Um die Reichweite des Kraftfahrzeugs zu erhöhen, ist es bekannt, zusätzlich einen Verbrennungsmotor vorzusehen, welcher in diesem Zusammenhang auch als Range-Extender bezeichnet wird. Der Verbrennungsmotor kann einerseits die Fahrzeugräder antreiben. Der Verbrennungsmotor kann andererseits einen Generator antreiben, welcher elektrische Energie erzeugt, die dann in der Batterie gespeichert werden kann.In order to increase the range of the motor vehicle, it is known to additionally provide an internal combustion engine, which in this context is also referred to as a range extender. On the one hand, the internal combustion engine can drive the vehicle wheels. On the other hand, the internal combustion engine can drive a generator, which generates electrical energy which can then be stored in the battery.

Das Dokument DE 10 2018 111 670 A1 offenbart ein Hybridfahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor/Generator aufweist. Der Verbrennungsmotor und der Elektromotor/Generator sind beide Antriebsquellen für das Fahrzeug. Der Verbrennungsmotor kann von dem Antriebsstrang getrennt werden, sodass der Elektromotor/Generator als alleinige Antriebsquelle fungiert. Wenn der Verbrennungsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird, so kann der Elektromotor/Generator als Generator arbeiten und elektrische Energie in eine Batterie zurückspeisen.The document DE 10 2018 111 670 A1 discloses a hybrid vehicle having an internal combustion engine and an electric motor / generator. The internal combustion engine and the electric motor / generator are both power sources for the vehicle. The internal combustion engine can be separated from the drive train so that the electric motor / generator acts as the sole drive source. If the internal combustion engine is used to drive the vehicle, the electric motor / generator can work as a generator and feed electrical energy back into a battery.

Das Dokument DE 10 2010 018 020 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb. Der Hybridantrieb weist dabei einen Verbrennungsmotor, welcher beispielsweise als Kreiskolbenmotor ausgebildet ist, und einen Elektromotor/Generator auf. Der Elektromotor/Generator ist einerseits zum Antrieb des Fahrzeugs vorgesehen, kann andererseits aber auch mechanische Energie in elektrische Energie wandeln und über eine Leistungselektronik in eine Batterie zurückspeisen.The document DE 10 2010 018 020 A1 discloses a motor vehicle with a hybrid drive. The hybrid drive has an internal combustion engine, which is designed, for example, as a rotary piston engine, and an electric motor / generator. The electric motor / generator is intended on the one hand to drive the vehicle, but on the other hand it can also convert mechanical energy into electrical energy and feed it back into a battery via power electronics.

Das Dokument DE 10 2017 214 228 A1 offenbart ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug. Das Antriebssystem umfasst einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und einen Traktionselektromotor. Der Verbrennungsmotor kann mit dem Antriebssystem gekoppelt und von ihm entkoppelt werden. Der Elektromotor kann einerseits zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden und andererseits als Generator arbeiten und elektrische Energie in eine Batterie zurückspeisen. Ferner kann der Elektromotor in einem leistungsneutralen Freilaufzustand arbeiten. Der Elektromotor und das Getriebe können in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein. Zum Antrieb des Fahrzeugs wird der Elektromotor mit einem Inverter verbunden, welcher eine dreiphasige Wechselspannung für den Motor zur Verfügung stellt.The document DE 10 2017 214 228 A1 discloses a drive system for a hybrid vehicle. The drive system comprises an internal combustion engine, a transmission and a traction electric motor. The internal combustion engine can be coupled to and decoupled from the drive system. On the one hand, the electric motor can be used to drive the vehicle and, on the other hand, it can work as a generator and feed electrical energy back into a battery. Furthermore, the electric motor can work in a power-neutral freewheeling state. The electric motor and the transmission can be integrated in a common housing. To drive the vehicle, the electric motor is connected to an inverter which provides three-phase alternating voltage for the motor.

Das Dokument DE 10 2017 120 683 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, welches einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine umfasst. Sowohl der Motor als auch die elektrische Maschine sind mögliche Antriebsquellen für das Elektrofahrzeug. Der Antriebsstrang umfasst ferner eine Kupplung und ein Getriebe. Die elektrische Maschine kann je nach Betriebsart als Motor oder Generator arbeiten. Das Fahrzeug kann durch den Verbrennungsmotor ebenso wie durch die elektrische Maschine angetrieben werden. Wenn der Verbrennungsmotor das Fahrzeug antreibt, kann die elektrische Maschine insbesondere als Generator fungieren und elektrische Energie in eine Batterie zurückspeisen.The document DE 10 2017 120 683 A1 discloses a vehicle having a powertrain that includes an internal combustion engine and an electric machine. Both the motor and the electric machine are possible drive sources for the electric vehicle. The drive train also includes a clutch and a transmission. The electric machine can work as a motor or generator, depending on the operating mode. The vehicle can be driven by the internal combustion engine as well as by the electric machine. When the internal combustion engine drives the vehicle, the electric machine can in particular act as a generator and feed electrical energy back into a battery.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Antriebseinheit umfasst ein Getriebe zum Antreiben von Fahrzeugrädern des Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinheit umfasst auch einen Elektromotor zum Antreiben des Getriebes. Die Antriebseinheit umfasst ferner eine Leistungselektronik zum Ansteuern des Elektromotors. Die Leistungselektronik ist insbesondere ein Wechselrichter oder Inverter, welcher aus einer Gleichspannung einer Batterie eine dreiphasige Wechselspannung für den Elektromotor generiert.A drive unit for a motor vehicle is proposed. The drive unit comprises a transmission for driving vehicle wheels of the motor vehicle. The drive unit also includes an electric motor for driving the transmission. The drive unit also includes power electronics for controlling the electric motor. The power electronics are in particular an inverter, which generates a three-phase alternating voltage for the electric motor from a direct voltage of a battery.

Weiterhin umfasst die Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor und eine Motorkupplung, mittels welcher der Verbrennungsmotor mit dem Getriebe verbindbar ist. Wenn die Motorkupplung geschlossen ist, so ist der Verbrennungsmotor mit dem Getriebe verbunden. Wenn die Motorkupplung offen ist, so ist der Verbrennungsmotor von dem Getriebe getrennt.Furthermore, the drive unit comprises an internal combustion engine and an engine clutch, by means of which the internal combustion engine can be connected to the transmission. When the engine clutch is closed, the internal combustion engine is connected to the transmission. When the engine clutch is open, the internal combustion engine is separated from the transmission.

Erfindungsgemäß ist die Antriebseinheit derart ausgebildet, dass der Verbrennungsmotor bei geschlossener Motorkupplung den Elektromotor über das Getriebe antreibt. Der Verbrennungsmotor wirkt dabei als Range-Extender um die Reichweite des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Der Verbrennungsmotor kann dabei die Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs antreiben und/oder einen Generator antreiben, welcher elektrische Energie erzeugt, die dann in einer Batterie des Kraftfahrzeugs gespeichert werden kann.According to the invention, the drive unit is designed in such a way that the internal combustion engine drives the electric motor via the transmission when the engine clutch is closed. The internal combustion engine acts as a range extender to increase the range of the motor vehicle. The internal combustion engine can drive the vehicle wheels of the motor vehicle and / or drive a generator that generates electrical energy that can then be stored in a battery of the motor vehicle.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der von dem Verbrennungsmotor angetriebene Elektromotor als Generator betreibbar. Wenn der Verbrennungsmotor kinetische Energie liefert und den Elektromotor über das Getriebe antreibt, so erzeugt dieser elektrische Energie, welche die Leistungselektronik in der Batterie des Kraftfahrzeugs speichert.According to an advantageous embodiment of the invention, the electric motor driven by the internal combustion engine can be operated as a generator. When the internal combustion engine supplies kinetic energy and drives the electric motor via the gearbox, it generates electrical energy which the power electronics store in the vehicle's battery.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der von dem Verbrennungsmotor angetriebene Elektromotor kurzschließbar. Wenn der Verbrennungsmotor den Elektromotor über das Getriebe antreibt, so erzeugt dieser keine elektrische Energie. Die von dem Verbrennungsmotor gelieferte kinetische Energie kann vollständig zum Antreiben der Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs genutzt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the electric motor driven by the internal combustion engine can be short-circuited. If the internal combustion engine drives the electric motor via the transmission, it does not generate any electrical energy. The kinetic energy supplied by the internal combustion engine can be used entirely to drive the vehicle wheels of the motor vehicle.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stellen die Leistungselektronik, der Elektromotor, das Getriebe, der Verbrennungsmotor und die Motorkupplung eine bauliche Einheit dar. Die Leistungselektronik, der Elektromotor, das Getriebe, der Verbrennungsmotor und die Motorkupplung sind dabei derart miteinander verbunden, diese bauliche Einheit als eine Baugruppe ausgebildet ist, die als Ganzes in das Kraftfahrzeug einbaubar und als Ganzes aus dem Kraftfahrzeug entnehmbar ist.According to a preferred embodiment of the invention, the power electronics, the electric motor, the transmission, the internal combustion engine and the motor coupling represent a structural unit. The power electronics, the electric motor, the transmission, the internal combustion engine and the motor coupling are connected to one another in such a way that this structural unit is an assembly is formed which can be installed as a whole in the motor vehicle and removed as a whole from the motor vehicle.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das Getriebe und der Verbrennungsmotor gemeinsam in einem Antriebsgehäuse angeordnet. Bevorzugt ist dann auch die Motorkupplung in dem besagten Antriebsgehäuse angeordnet.According to an advantageous development of the invention, the transmission and the internal combustion engine are arranged together in a drive housing. The motor coupling is then preferably also arranged in said drive housing.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Getriebe in einem Antriebsgehäuse angeordnet, und der Verbrennungsmotor ist in einem separaten Motorgehäuse angeordnet. Dabei sind das Antriebsgehäuse und das Motorgehäuse mechanisch miteinander verbunden.According to another advantageous development of the invention, the transmission is arranged in a drive housing, and the internal combustion engine is arranged in a separate motor housing. The drive housing and the motor housing are mechanically connected to one another.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Elektromotor und das Getriebe gemeinsam in einem Antriebsgehäuse angeordnet. Die Leistungselektronik kann ebenfalls in dem besagten Antriebsgehäuse angeordnet sein. Die Leistungselektronik kann aber auch in einem separaten Elektronikgehäuse angeordnet sein, welches mit dem Antriebsgehäuse mechanisch verbunden ist.According to an advantageous development of the invention, the electric motor and the transmission are arranged together in a drive housing. The power electronics can also be arranged in said drive housing. The power electronics can also be arranged in a separate electronics housing, which is mechanically connected to the drive housing.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Getriebe in einem Antriebsgehäuse angeordnet, und der Elektromotor ist einem separaten Maschinengehäuse angeordnet. Dabei sind das Antriebsgehäuse und das Maschinengehäuse mechanisch miteinander verbunden.According to another advantageous development of the invention, the transmission is arranged in a drive housing, and the electric motor is arranged in a separate machine housing. The drive housing and the machine housing are mechanically connected to one another.

Der Verbrennungsmotor, welcher als Range-Extender wirkt um die Reichweite des Kraftfahrzeugs zu erhöhen, kann beispielsweise als 2-Takt-Hubkolbenmotor oder 4-Takt- Hubkolbenmotor mit einem oder mehreren Zylindern ausgebildet sein. Auch kann der Verbrennungsmotor als Turbine ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Verbrennungsmotor jedoch als Kreiskolbenmotor, Rotationskolbenmotor oder Wankel-Motor ausgebildet. Ein Wankel-Motor verfügt über eine verhältnismäßig hohe Leistungsdichte und zeichnet sich durch besondere Laufruhe aus.The internal combustion engine, which acts as a range extender to increase the range of the motor vehicle, can be designed, for example, as a 2-stroke reciprocating engine or 4-stroke reciprocating engine with one or more cylinders. The internal combustion engine can also be designed as a turbine. However, the internal combustion engine is preferably designed as a rotary piston engine, rotary piston engine or Wankel engine. A Wankel engine has a relatively high power density and is characterized by its particularly smooth running.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Antriebseinheit ferner eine Getriebekupplung, zusätzlich zu der Motorkupplung. Mittels der Getriebekupplung ist das Getriebe mit den Fahrzeugrädern des Kraftfahrzeugs verbindbar. Wenn die Getriebekupplung geschlossen ist, so ist das Getriebe mit den Fahrzeugrädern verbunden. Wenn die Getriebekupplung offen ist, so ist das Getriebe von den Fahrzeugrädern getrennt.According to an advantageous embodiment of the invention, the drive unit further comprises a gear clutch, in addition to the motor clutch. The transmission can be connected to the vehicle wheels of the motor vehicle by means of the transmission clutch. When the transmission clutch is closed, the transmission is connected to the vehicle wheels. When the transmission clutch is open, the transmission is separated from the vehicle wheels.

Wenn das Getriebe mit den Fahrzeugrädern verbunden ist, so treibt der Verbrennungsmotor über das Getriebe die Fahrzeugräder an. Zusätzlich treibt der Verbrennungsmotor über das Getriebe den Elektromotor an, welcher dadurch elektrische Energie erzeugen kann. Wenn das Getriebe von den Fahrzeugrädern getrennt ist, so treibt der Verbrennungsmotor über das Getriebe lediglich den Elektromotor an, welcher dadurch elektrische Energie erzeugen kann. Somit kann auch bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs elektrische Energie erzeugt und in der Batterie gespeichert werden.If the transmission is connected to the vehicle wheels, the internal combustion engine drives the vehicle wheels via the transmission. In addition, the internal combustion engine drives the electric motor via the transmission, which can then generate electrical energy. If the transmission is separated from the vehicle wheels, the internal combustion engine only drives the electric motor via the transmission, which can thereby generate electrical energy. Thus, even when the motor vehicle is at a standstill, electrical energy can be generated and stored in the battery.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Motorkupplung als Freilaufkupplung ausgebildet. Wenn der Elektromotor über das Getriebe die Fahrzeugräder in Vorwärtsrichtung antreibt, so ist die Freilaufkupplung offen, und der Verbrennungsmotor ist von dem Getriebe getrennt. Wenn der Elektromotor nicht von der Leistungselektronik angesteuert wird, aber der Verbrennungsmotor läuft, so ist die Freilaufkupplung geschlossen, und der Verbrennungsmotor ist mit dem Getriebe verbunden.According to an advantageous development of the invention, the motor clutch is designed as an overrunning clutch. When the electric motor drives the vehicle wheels in the forward direction via the transmission, the overrunning clutch is open and the internal combustion engine is separated from the transmission. If the electric motor is not controlled by the power electronics, but the combustion engine is running, then it is the overrunning clutch is closed and the internal combustion engine is connected to the transmission.

Wenn der Elektromotor über das Getriebe die Fahrzeugräder in Rückwärtsrichtung antreibt, so ist die Freilaufkupplung ebenfalls geschlossen, und der Verbrennungsmotor ist mit dem Getriebe verbunden. In diesem Fall, also beim Rückwärtsfahren, wird der Verbrennungsmotor von dem Elektromotor über das Getriebe angetrieben.When the electric motor drives the vehicle wheels in the reverse direction via the transmission, the overrunning clutch is also closed and the internal combustion engine is connected to the transmission. In this case, when reversing, the internal combustion engine is driven by the electric motor via the transmission.

Vorzugsweise ist die Antriebseinheit derart ausgestaltet, dass von dem Verbrennungsmotor erzeugte Abwärme zum Heizen der Leistungselektronik, zum Heizen des Elektromotors, zum Heizen des Getriebes und/oder zum Heizen einer Batterie des Kraftfahrzeugs nutzbar ist.The drive unit is preferably designed in such a way that waste heat generated by the internal combustion engine can be used for heating the power electronics, for heating the electric motor, for heating the transmission and / or for heating a battery of the motor vehicle.

Es wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst dabei mindestens eine erfindungsgemäße Antriebseinheit.A motor vehicle is also proposed. The motor vehicle according to the invention comprises at least one drive unit according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mittels einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit kann die Reichweite eines damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs vorteilhaft erhöht werden. Wenn der Ladezustand der Batterie des Kraftfahrzeugs unter einen vorgegebenen Grenzwert sinkt, wenn die Batterie also leer oder fast leer ist, so kann mithilfe des Verbrennungsmotors einerseits das Kraftfahrzeug weiter bewegt werden, und andererseits kann elektrische Energie erzeugt und in der Batterie gespeichert werden. Der Elektromotor kann dabei die Funktion eines Generators übernehmen. Somit ist kein zusätzlicher separater Generator erforderlich, wodurch Bauraum und Gewicht in dem Kraftfahrzeug eingespart werden. Weiterer Bauraum wird eingespart, wenn die Komponenten der Antriebseinheit als bauliche Einheit in Form einer Baugruppe ausgebildet sind, die als Ganzes in das Kraftfahrzeug einbaubar und als Ganzes aus dem Kraftfahrzeug entnehmbar ist. Dadurch wird ferner die Montage der Antriebseinheit bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs erleichtert. Auch späterer Ausbau für eine Reparatur kann vereinfacht durchgeführt werden. Wenn die Komponenten innerhalb der besagten Baugruppe nahe beieinander angeordnet sind, so können kurze Elektroleitungen verwendet werden, wodurch Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden, und wodurch elektrische Widerstände verringert werden. Ferner kann die ganze Baugruppe durch ein einziges Kühlsystem gekühlt werden, wodurch Kühlmittel, Schläuche und Anschlüsse eingespart werden. Auch ist nur eine Steuereinheit zur Steuerung und Überwachung der Antriebseinheit erforderlich. Gewicht und Bauraum werden insbesondere auch dadurch reduziert, dass nur ein Getriebe zum Antreiben der Fahrzeugräder erforderlich ist, welches von dem Elektromotor ebenso wie von dem Verbrennungsmotor antreibbar ist.The range of a motor vehicle equipped with it can advantageously be increased by means of a drive unit according to the invention. If the state of charge of the battery of the motor vehicle falls below a predetermined limit value, i.e. if the battery is empty or almost empty, the internal combustion engine can be used to move the motor vehicle further and to generate electrical energy and store it in the battery. The electric motor can take over the function of a generator. No additional separate generator is therefore required, which saves installation space and weight in the motor vehicle. Further installation space is saved if the components of the drive unit are designed as a structural unit in the form of an assembly which can be installed as a whole in the motor vehicle and removed as a whole from the motor vehicle. This also facilitates the assembly of the drive unit during manufacture of the motor vehicle. Later removal for repairs can also be carried out in a simplified manner. If the components within the said assembly are arranged close to one another, then short electrical lines can be used, which saves costs, installation space and weight, and as a result electrical resistances are reduced. Furthermore, the entire assembly can be cooled by a single cooling system, which saves coolant, hoses and connections. Also, only one control unit is required to control and monitor the drive unit. Weight and installation space are also reduced in particular by the fact that only one transmission is required for driving the vehicle wheels, which transmission can be driven by the electric motor as well as by the internal combustion engine.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische, teilgeschnittene Darstellung einer Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform und
  • 2 eine schematische, teilgeschnittene Darstellung einer Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Show it:
  • 1 a schematic, partially sectioned representation of a drive unit according to a first embodiment and
  • 2 a schematic, partially sectioned illustration of a drive unit according to a second embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische, teilgeschnittene Darstellung einer Antriebseinheit 10 gemäß einer ersten Ausführungsform in einem Kraftfahrzeug. Die Antriebseinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ein Getriebe 12 zum Antreiben von Fahrzeugrädern 30 des Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinheit 10 umfasst auch einen Elektromotor 14 zum Antreiben des Getriebes 12. Der Elektromotor 14 kann also über das Getriebe 12 die Fahrzeugräder 30 des Kraftfahrzeugs antreiben, wodurch das Kraftfahrzeug bewegt wird. 1 shows a schematic, partially sectioned representation of a drive unit 10 according to a first embodiment in a motor vehicle. The drive unit 10 according to the first embodiment comprises a transmission 12 for driving vehicle wheels 30th of the motor vehicle. The drive unit 10 also includes an electric motor 14th to drive the gearbox 12 . The electric motor 14th so can about the transmission 12 the vehicle wheels 30th drive the motor vehicle, whereby the motor vehicle is moved.

Die Antriebseinheit 10 umfasst eine Getriebekupplung 34. Mittels der Getriebekupplung 34 ist das Getriebe 12 mit den Fahrzeugrädern 30 des Kraftfahrzeugs verbindbar. Wenn die Getriebekupplung 34 geschlossen ist, so ist das Getriebe 12 mit den Fahrzeugrädern 30 verbunden. Wenn die Getriebekupplung 34 offen ist, so ist das Getriebe 12 von den Fahrzeugrädern 30 getren nt.The drive unit 10 includes a gear clutch 34 . By means of the gear coupling 34 is the transmission 12 with the vehicle wheels 30th of the motor vehicle can be connected. When the gear clutch 34 is closed, so is the transmission 12 with the vehicle wheels 30th connected. When the gear clutch 34 is open, so is the transmission 12 from the vehicle wheels 30th Cut.

Die Antriebseinheit 10 umfasst ferner eine Leistungselektronik 16 zum Ansteuern des Elektromotors 14, welcher beispielsweise dreiphasig ausgebildet ist. Die Leistungselektronik 16 ist elektrisch mit einer Batterie 32 des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Leistungselektronik 16 ist beispielsweise ein Wechselrichter oder Inverter, welcher aus einer Gleichspannung der Batterie 32 eine dreiphasige Wechselspannung für den Elektromotor 14 generiert.The drive unit 10 also includes power electronics 16 to control the electric motor 14th , which is, for example, three-phase. The power electronics 16 is electric with a battery 32 of the motor vehicle connected. The power electronics 16 is, for example, an inverter, which is made from a DC voltage of the battery 32 a three-phase AC voltage for the electric motor 14th generated.

Weiterhin umfasst die Antriebseinheit 10 einen Verbrennungsmotor 20 und eine Motorkupplung 18. Mittels der Motorkupplung 18 ist der Verbrennungsmotor 20 mit dem Getriebe 12 verbindbar. Wenn die Motorkupplung 18 geschlossen ist, so ist der Verbrennungsmotor 20 mit dem Getriebe 12 verbunden. Wenn die Motorkupplung 18 offen ist, so ist der Verbrennungsmotor 20 von dem Getriebe 12 getrennt.The drive unit also includes 10 an internal combustion engine 20th and a motor clutch 18th . By means of the motor coupling 18th is the internal combustion engine 20th with the gearbox 12 connectable. When the engine clutch 18th is closed, so is the internal combustion engine 20th with the gearbox 12 connected. When the engine clutch 18th is open, so is the internal combustion engine 20th from the gearbox 12 Cut.

Bei geschlossener Motorkupplung 18 kann der Verbrennungsmotor 20 den Elektromotor 14 über das Getriebe 12 antreiben. Der Verbrennungsmotor 20 ist vorliegend als Kreiskolbenmotor, Rotationskolbenmotor oder Wankel-Motor ausgebildet und verfügt somit über eine verhältnismäßig hohe Leistungsdichte und zeichnet sich durch besondere Laufruhe aus.When the engine clutch is closed 18th can the internal combustion engine 20th the electric motor 14th about the gearbox 12 drive. The internal combustion engine 20th is in the present case designed as a rotary piston engine, rotary piston engine or Wankel engine and thus has a relatively high power density and is characterized by particularly smooth running.

Der Elektromotor 14 ist auch als Generator betreibbar. Wenn der Verbrennungsmotor 20 kinetische Energie liefert und den Elektromotor 14 über das Getriebe 12 antreibt, so wandelt der Elektromotor 14 die kinetische Energie in elektrische Energie um. Die Leistungselektronik 16 speichert dann die von dem Elektromotor 14 erzeugte elektrische Energie in der Batterie 32 des Kraftfahrzeugs.The electric motor 14th can also be operated as a generator. When the internal combustion engine 20th kinetic energy supplies and the electric motor 14th about the gearbox 12 drives, this is how the electric motor converts 14th converts kinetic energy into electrical energy. The power electronics 16 then saves the from the electric motor 14th generated electrical energy in the battery 32 of the motor vehicle.

Bei geschlossener Motorkupplung 18 und geschlossener Getriebekupplung 34 kann der Verbrennungsmotor 20 über das Getriebe 12 die Fahrzeugräder 30 des Kraftfahrzeugs antreiben, wodurch das Kraftfahrzeug bewegt wird. Bei geschlossener Motorkupplung 18 und offener Getriebekupplung 34 kann der Verbrennungsmotor 20 über das Getriebe 12 lediglich den Elektromotor 14 antreiben, welcher dadurch elektrische Energie erzeugen kann. Durch Öffnen der Getriebekupplung 34 kann somit bei auch einem Stillstand des Kraftfahrzeugs elektrische Energie erzeugt und in der Batterie 32 gespeichert werden.When the engine clutch is closed 18th and closed gear clutch 34 can the internal combustion engine 20th about the gearbox 12 the vehicle wheels 30th drive the motor vehicle, whereby the motor vehicle is moved. When the engine clutch is closed 18th and open gear clutch 34 can the internal combustion engine 20th about the gearbox 12 only the electric motor 14th drive, which can thereby generate electrical energy. By opening the gear clutch 34 can thus generate electrical energy even when the motor vehicle is at a standstill and in the battery 32 get saved.

Der Elektromotor 14 ist auch kurzschließbar. Wenn der Elektromotor 14 kurzgeschlossen ist und der Verbrennungsmotor 20 den Elektromotor 14 über das Getriebe 12 antreibt, so erzeugt der Elektromotor 14 keine elektrische Energie. Die von dem Verbrennungsmotor 20 gelieferte kinetische Energie kann dann vollständig zum Antreiben der Fahrzeugräder 30 des Kraftfahrzeugs genutzt werden.The electric motor 14th can also be short-circuited. When the electric motor 14th is shorted and the internal combustion engine 20th the electric motor 14th about the gearbox 12 drives, this is how the electric motor generates 14th no electrical energy. The one from the internal combustion engine 20th The kinetic energy supplied can then be used entirely to drive the vehicle wheels 30th of the motor vehicle.

Die Motorkupplung 18 kann als Freilaufkupplung ausgebildet sein. Wenn der Elektromotor 14 über das Getriebe 12 die Fahrzeugräder 30 des Kraftfahrzeugs in Vorwärtsrichtung antreibt und der Verbrennungsmotor 20 nicht läuft, so ist die Freilaufkupplung offen, und der Verbrennungsmotor 20 ist von dem Getriebe 12 getrennt.The engine coupling 18th can be designed as a one-way clutch. When the electric motor 14th about the gearbox 12 the vehicle wheels 30th of the motor vehicle drives in the forward direction and the internal combustion engine 20th not running, the overrunning clutch is open and the combustion engine is open 20th is from the gearbox 12 Cut.

Wenn der Elektromotor 14 nicht von der Leistungselektronik 16 motorisch angesteuert wird, aber der Verbrennungsmotor 20 läuft, so ist die Freilaufkupplung geschlossen, und der Verbrennungsmotor 20 ist mit dem Getriebe 12 verbunden. In diesem Fall treibt der Verbrennungsmotor 20 über das Getriebe 12 den Elektromotor 14 an, welcher dadurch generatorisch elektrische Energie erzeugen kann.When the electric motor 14th not from power electronics 16 is controlled by a motor, but the combustion engine 20th runs, the overrunning clutch is closed, and the combustion engine 20th is with the gearbox 12 connected. In this case the internal combustion engine is driving 20th about the gearbox 12 the electric motor 14th which can generate electrical energy as a generator.

Wenn der Elektromotor 14 über das Getriebe 12 die Fahrzeugräder 30 des Kraftfahrzeugs in Rückwärtsrichtung antreibt, so ist die Freilaufkupplung ebenfalls geschlossen, und der Verbrennungsmotor 20 ist mit dem Getriebe 12 verbunden. In diesem Fall, also beim Rückwärtsfahren, wird der Verbrennungsmotor 20 von dem Elektromotor 14 über das Getriebe 12 und die Freilaufkupplung angetrieben.When the electric motor 14th about the gearbox 12 the vehicle wheels 30th of the motor vehicle drives in reverse, the overrunning clutch is also closed, and the internal combustion engine 20th is with the gearbox 12 connected. In this case, when reversing, the internal combustion engine is 20th from the electric motor 14th about the gearbox 12 and the overrunning clutch is driven.

Die Leistungselektronik 16, der Elektromotor 14, das Getriebe 12, der Verbrennungsmotor 20 und die Motorkupplung 18 stellen eine bauliche Einheit dar und sind derart miteinander verbunden, diese bauliche Einheit als eine Baugruppe ausgebildet ist. Diese Baugruppe kann als Ganzes in das Kraftfahrzeug eingebaut und als Ganzes aus dem Kraftfahrzeug entnommen werden.The power electronics 16 , the electric motor 14th , The gear 12 , the internal combustion engine 20th and the motor coupling 18th represent a structural unit and are connected to one another in such a way that this structural unit is designed as an assembly. This assembly can be installed as a whole in the motor vehicle and removed as a whole from the motor vehicle.

Das Getriebe 12 ist in einem Antriebsgehäuse 22 angeordnet. Der Elektromotor 14 ist einem Maschinengehäuse 24 angeordnet. Das Antriebsgehäuse 22 und das Maschinengehäuse 24 sind mechanisch miteinander verbunden. Die Leistungselektronik 16 ist in einem Elektronikgehäuse 26 angeordnet. Das Elektronikgehäuse 26 ist mit dem Antriebsgehäuse 22 und mit dem Maschinengehäuse 24 mechanisch verbunden.The gear 12 is in a drive housing 22nd arranged. The electric motor 14th is a machine housing 24 arranged. The drive housing 22nd and the machine housing 24 are mechanically connected to each other. The power electronics 16 is in an electronics housing 26th arranged. The electronics housing 26th is with the drive housing 22nd and with the machine housing 24 mechanically connected.

Vorliegend ist der Verbrennungsmotor 20 gemeinsam mit dem Getriebe 12 in dem Antriebsgehäuse 22 angeordnet. Auch die Motorkupplung 18 ist in dem Antriebsgehäuse 22 angeordnet. Die besagte Baugruppe der Antriebseinheit 10 umfasst also das Antriebsgehäuse 22, das Maschinengehäuse 24 und das Elektronikgehäuse 26, welche mechanisch miteinander verbunden sind.Here is the internal combustion engine 20th together with the transmission 12 in the drive housing 22nd arranged. Also the engine coupling 18th is in the drive housing 22nd arranged. The said assembly of the drive unit 10 thus includes the drive housing 22nd , the machine housing 24 and the electronics housing 26th which are mechanically connected to each other.

2 zeigt eine schematische, teilgeschnittene Darstellung einer Antriebseinheit 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem Kraftfahrzeug. Die Antriebseinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst ebenfalls ein Getriebe 12 zum Antreiben von Fahrzeugrädern 30 des Kraftfahrzeugs, einen Elektromotor 14 zum Antreiben des Getriebes 12, eine Leistungselektronik 16 zum Ansteuern des Elektromotors 14, einen Verbrennungsmotor 20, eine Motorkupplung 18, mittels welcher der Verbrennungsmotor 20 mit dem Getriebe 12 verbindbar ist, und eine Getriebekupplung 34, mittels welcher das Getriebe 12 mit den Fahrzeugrädern 30 des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. 2 shows a schematic, partially sectioned representation of a drive unit 10 according to a second embodiment in a motor vehicle. The drive unit 10 according to the second embodiment also comprises a transmission 12 for driving vehicle wheels 30th of the motor vehicle, an electric motor 14th to drive the gearbox 12 , a power electronics 16 to control the electric motor 14th , an internal combustion engine 20th , a motor coupling 18th , by means of which the internal combustion engine 20th with the gearbox 12 is connectable, and a gear coupling 34 , by means of which the transmission 12 with the vehicle wheels 30th of the motor vehicle is connectable.

Die Antriebseinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform gleicht, insbesondere funktional, weitgehend der in 1 dargestellten Antriebseinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen der Antriebseinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform und der Antriebseinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform ei ngegangen.The drive unit 10 According to the second embodiment, in particular functionally, largely resembles that in 1 shown drive unit 10 according to the first embodiment. The following essentially focuses on the differences between the drive unit 10 according to the second embodiment and the drive unit 10 according to the first embodiment received.

Das Getriebe 12 ist in einem Antriebsgehäuse 22 angeordnet. Der Elektromotor 14 ist einem Maschinengehäuse 24 angeordnet. Das Antriebsgehäuse 22 und das Maschinengehäuse 24 sind mechanisch miteinander verbunden. Die Leistungselektronik 16 ist in einem Elektronikgehäuse 26 angeordnet. Das Elektronikgehäuse 26 ist mit dem Antriebsgehäuse 22 und mit dem Maschinengehäuse 24 mechanisch verbunden.The gear 12 is in a drive housing 22nd arranged. The electric motor 14th is a machine housing 24 arranged. The drive housing 22nd and the machine housing 24 are mechanically connected to each other. The power electronics 16 is in an electronics housing 26th arranged. The electronics housing 26th is with the drive housing 22nd and with the machine housing 24 mechanically connected.

Vorliegend ist der Verbrennungsmotor 20 einem separaten Motorgehäuse 28 angeordnet. Auch die Motorkupplung 18 ist in dem Motorgehäuse 28 angeordnet. Das Antriebsgehäuse 22 und das Motorgehäuse 28 sind mechanisch miteinander verbunden. Die besagte Baugruppe der Antriebseinheit 10 umfasst also das Antriebsgehäuse 22, das Maschinengehäuse 24, das Elektronikgehäuse 26 und das Motorgehäuse 28, welche mechanisch miteinander verbunden sind.Here is the internal combustion engine 20th a separate motor housing 28 arranged. Also the engine coupling 18th is in the motor housing 28 arranged. The drive housing 22nd and the motor housing 28 are mechanically connected to each other. The said assembly of the drive unit 10 thus includes the drive housing 22nd , the machine housing 24 , the electronics housing 26th and the motor housing 28 which are mechanically connected to each other.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible that are within the scope of expert knowledge.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102018111670 A1 [0005]DE 102018111670 A1 [0005]
  • DE 102010018020 A1 [0006]DE 102010018020 A1 [0006]
  • DE 102017214228 A1 [0007]DE 102017214228 A1 [0007]
  • DE 102017120683 A1 [0008]DE 102017120683 A1 [0008]

Claims (14)

Antriebseinheit (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Getriebe (12) zum Antreiben von Fahrzeugrädern (30), einen Elektromotor (14) zum Antreiben des Getriebes (12), eine Leistungselektronik (16) zum Ansteuern des Elektromotors (14), einen Verbrennungsmotor (20), und eine Motorkupplung (18), mittels welcher der Verbrennungsmotor (20) mit dem Getriebe (12) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) bei geschlossener Motorkupplung (18) den Elektromotor (14) über das Getriebe (12) antreibt.Drive unit (10) for a motor vehicle, comprising a transmission (12) for driving vehicle wheels (30), an electric motor (14) for driving the transmission (12), power electronics (16) for controlling the electric motor (14), an internal combustion engine (20), and a motor coupling (18), by means of which the internal combustion engine (20) can be connected to the transmission (12), characterized in that the internal combustion engine (20) with the motor coupling (18) closed the electric motor (14) via the transmission (12) drives. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Verbrennungsmotor (20) angetriebene Elektromotor (14) als Generator betreibbar ist und elektrische Energie erzeugt, welche die Leistungselektronik (16) in einer Batterie (32) speichert.Drive unit (10) Claim 1 , characterized in that the electric motor (14) driven by the internal combustion engine (20) can be operated as a generator and generates electrical energy which the power electronics (16) stores in a battery (32). Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Verbrennungsmotor (20) angetriebene Elektromotor (14) kurzschließbar ist.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (14) driven by the internal combustion engine (20) can be short-circuited. Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (16), der Elektromotor (14), das Getriebe (12), der Verbrennungsmotor (20) und die Motorkupplung (18) eine bauliche Einheit darstellen.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the power electronics (16), the electric motor (14), the gear (12), the internal combustion engine (20) and the motor coupling (18) represent a structural unit. Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) und der Verbrennungsmotor (20) gemeinsam in einem Antriebsgehäuse (22) angeordnet sind.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission (12) and the internal combustion engine (20) are arranged together in a drive housing (22). Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) in einem Antriebsgehäuse (22) angeordnet ist, und der Verbrennungsmotor (20) in einem separaten Motorgehäuse (28) angeordnet ist, wobei das Antriebsgehäuse (22) und das Motorgehäuse (28) mechanisch miteinander verbunden sind.Drive unit (10) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the transmission (12) is arranged in a drive housing (22), and the internal combustion engine (20) is arranged in a separate motor housing (28), the drive housing (22) and the motor housing (28) being mechanically connected to one another are. Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) und das Getriebe (12) gemeinsam in einem Antriebsgehäuse (22) angeordnet sind.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (14) and the gear (12) are arranged together in a drive housing (22). Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) in einem Antriebsgehäuse (22) angeordnet ist, und der Elektromotor (14) einem separaten Maschinengehäuse (24) angeordnet ist, wobei das Antriebsgehäuse (22) und das Maschinengehäuse (24) mechanisch miteinander verbunden sind.Drive unit (10) according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the gear (12) is arranged in a drive housing (22), and the electric motor (14) is arranged in a separate machine housing (24), the drive housing (22) and the machine housing (24) being mechanically connected to one another . Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) als Kreiskolbenmotor ausgebildet ist.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (20) is designed as a rotary piston engine. Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Getriebekupplung (34), mittels welcher das Getriebe (12) mit den Fahrzeugrädern (30) verbindbar ist.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, further comprising a transmission clutch (34) by means of which the transmission (12) can be connected to the vehicle wheels (30). Antriebseinheit (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffneter Getriebekupplung (34) der Verbrennungsmotor (20) den Elektromotor (14) antreibt und dadurch eine Batterie (32) bei Fahrzeugstillstand aufladbar ist.Drive unit (10) Claim 10 , characterized in that when the transmission clutch (34) is open, the internal combustion engine (20) drives the electric motor (14) and a battery (32) can thereby be charged when the vehicle is stationary. Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkupplung (18) als Freilaufkupplung ausgebildet ist.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the motor clutch (18) is designed as an overrunning clutch. Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Verbrennungsmotor (20) erzeugte Abwärme zum Heizen der Leistungselektronik (16), des Elektromotors (14), des Getriebes (12) und/oder einer Batterie (32) nutzbar ist.Drive unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that waste heat generated by the internal combustion engine (20) can be used to heat the power electronics (16), the electric motor (14), the transmission (12) and / or a battery (32) is. Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebseinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Motor vehicle, comprising a drive unit (10) according to one of the preceding claims.
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