DE102020006152A1 - Exhaust system for a drive train with a vertical crankshaft for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (12) mit einer Abtriebswelle, welche sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung (14) erstreckt und mittels welcher eine quer zu dieser verlaufende Antriebswelle (18) des Kraftfahrzeugs antreibbar ist, und wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Motorblock, der wenigstens einen Brennraum umfasst, und einen von einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt (13) mit wenigstens einer Hauptkammer (13a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (10) eine elektrische Maschine (22) umfasst, welche koaxial zur Abtriebswelle angeordnet ist und mittels einer ersten Kupplung (24) mit der Abtriebswelle koppelbar und von der Abtriebswelle entkoppelbar ist, wodurch die Abtriebswelle von der elektrischen Maschine (22) antreibbar ist, und dass der Abgastrakt (13) zumindest teilweise unterhalb des Motorblocks angeordnet ist, wobei die Hauptkammer (13a) neben der Abtriebswelle angeordnet ist.The invention relates to a drive train (10) for a motor vehicle, with an internal combustion engine (12) with an output shaft which extends at least essentially in the vertical direction (14) of the vehicle and by means of which a drive shaft (18) of the motor vehicle running transversely thereto can be driven. and wherein the internal combustion engine has an engine block which comprises at least one combustion chamber and an exhaust gas tract (13) through which an exhaust gas from the internal combustion engine can flow and which has at least one main chamber (13a), characterized in that the drive train (10) comprises an electric machine (22). which is arranged coaxially to the output shaft and can be coupled to the output shaft and decoupled from the output shaft by means of a first clutch (24), whereby the output shaft can be driven by the electric machine (22), and that the exhaust tract (13) is at least partially below the Engine blocks are arranged, with the main combs r (13a) is arranged next to the output shaft.
Description
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a drive train for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Ein solcher Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug ist aus der Kombination der
Des Weiteren offenbart die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein Bauraum des Antriebsstrangs auf besonders vorteilhafte Weise besonders gering gehalten werden kann.The object of the present invention is to further develop a drive train for a motor vehicle of the type mentioned at the outset in such a way that the installation space of the drive train can be kept particularly small in a particularly advantageous manner.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This problem is solved by a drive train with the features of patent claim 1 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um einen Antriebsstrang der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein Bauraum des Antriebsstrangs auf besonders vorteilhafte Weise besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Antriebsstrang eine elektrische Maschine aufweist, welche koaxial zur Abtriebswelle angeordnet ist und mittels einer ersten Kupplung mit der Abtriebswelle koppelbar und von der Abtriebswelle entkoppelbar ist, wodurch die Abtriebswelle von der elektrischen Maschine antreibbar ist, und dass der Abgastrakt zumindest teilweise unterhalb des Motorblocks angeordnet ist, wobei die Hauptkammer neben der Abtriebswelle angeordnet ist.In order to further develop a drive train of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that the installation space of the drive train can be kept particularly small in a particularly advantageous manner, it is provided according to the invention that the drive train has an electric machine which is arranged coaxially to the output shaft and by means of a first clutch can be coupled to the output shaft and decoupled from the output shaft, as a result of which the output shaft can be driven by the electric machine, and that the exhaust tract is at least partially arranged below the engine block, with the main chamber being arranged next to the output shaft.
Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als ein Kraftwagen, insbesondere als ein Personenkraftwagen oder als ein Lastkraftwagen, ausgebildet, wobei das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle zumindest teilweise von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. In dem Motorblock ist wenigstens ein Zylinder angeordnet, der den Brennraum teilweise begrenzt. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt. Der von einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgastrakt kann insbesondere als Abgasanlage bezeichnet werden. Über den Ansaugtrakt kann dem Brennraum Luft zugeführt werden. In dem Brennraum finden Verbrennungsvorgänge statt, bei welchen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, woraus das Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Der Kraftstoff, bei dem es sich insbesondere um einen flüssigen Kraftstoff handelt, wird hierfür in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Über den Abgastrakt kann das Abgas aus dem Brennraum abgeführt werden. Der Abgastrakt ist über wenigstens eine Abgasanschlussstelle, die insbesondere als Hot End bezeichnet werden kann, mit dem Motorblock derart fluidisch verbunden, sodass das Abgas aus dem Brennraum in den Abgastrakt führbar ist. In dem Abgastrakt kann eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Reinigung des Abgases angeordnet sein. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann dabei als ein Katalysator, insbesondere als ein Dreiwegekatalysator oder als ein NOx-Speicherspeicherkatalysator oder als ein Dieseloxidationskatalysator, oder als ein Filter, insbesondere als ein Partikelfilter, ausgebildet sein. In dem Katalysator kann insbesondere das Abgas der Verbrennungskraftmaschine mittels einer chemischen Reaktion in unschädliche oder ungiftige Komponenten umgewandelt werden. Mittels dem Filter können sich in dem Abgas befindende Feststoffe, beispielsweise Ruß, aus dem Abgas gefiltert werden.The motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or as a truck, it being possible for the motor vehicle to be driven at least partially by the internal combustion engine via the output shaft. At least one cylinder, which partially delimits the combustion chamber, is arranged in the engine block. The internal combustion engine includes an intake tract through which air can flow. The exhaust tract through which an exhaust gas of the internal combustion engine can flow can be referred to in particular as an exhaust system. Air can be supplied to the combustion chamber via the intake tract. Combustion processes take place in the combustion chamber, in which a fuel-air mixture is burned, resulting in the exhaust gas of the internal combustion engine. For this purpose, the fuel, which is in particular a liquid fuel, is introduced into the combustion chamber, in particular injected directly. The exhaust gas can be discharged from the combustion chamber via the exhaust tract. The exhaust tract is fluidically connected to the engine block via at least one exhaust gas connection point, which can be referred to in particular as a hot end, such that the exhaust gas can be routed from the combustion chamber into the exhaust tract. An exhaust gas aftertreatment device for cleaning the exhaust gas can be arranged in the exhaust tract. The exhaust gas aftertreatment device can be designed as a catalytic converter, in particular as a three-way catalytic converter or as an NO x storage catalytic converter or as a diesel oxidation catalytic converter, or as a filter, in particular as a particle filter. In the catalytic converter, in particular, the exhaust gas from the internal combustion engine can be converted into harmless or non-toxic components by means of a chemical reaction. Solids, for example soot, located in the exhaust gas can be filtered out of the exhaust gas by means of the filter.
Die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere als eine Kurbelwelle ausgebildet sein, wobei sich die Abtriebswelle zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, in Fahrzeughochrichtung erstreckt. Dies kann insbesondere als eine vertikale oder annähernd vertikale Anordnung der Abtriebswelle bezeichnet werden. Als Fahrzeughochrichtung wird insbesondere eine vertikale Richtung, senkrecht zu einer Fahrbahn, auf der sich das Kraftfahrzeug fortbewegen kann, verstanden. Die Fahrzeughochrichtung kann insbesondere als Gierachse bezeichnet werden. Aufgrund einer Erstreckung der Abtriebswelle, die zumindest nahezu der Fahrzeughochrichtung entspricht, ergibt sich eine Einbaulage der Verbrennungskraftmaschine, die insbesondere als vertikale Einbaulage der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet werden kann.The output shaft of the internal combustion engine can in particular be designed as a crankshaft, with the output shaft extending at least essentially, in particular completely, in the vertical direction of the vehicle. In particular, this can be referred to as a vertical or approximately vertical arrangement of the output shaft. The vertical direction of the vehicle is understood to mean, in particular, a vertical direction perpendicular to a roadway on which the motor vehicle can move. The vertical direction of the vehicle can in particular be referred to as the yaw axis. Due to an extension of the output shaft that corresponds at least almost to the vertical direction of the vehicle, the internal combustion engine is installed in a position that can be described in particular as a vertical installation position of the internal combustion engine.
Die Antriebswelle verläuft zumindest im Wesentlichen quer, insbesondere senkrecht, zu der Fahrzeughochrichtung und somit zur Abtriebswelle. Die Antriebswelle entspricht zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, einer Fahrzeugquerrichtung, welche senkrecht zur Fahrzeughochrichtung und senkrecht zu einer Fahrzeuglängsrichtung ist. Die Fahrzeugquerrichtung kann insbesondere als Nickachse bezeichnet werden. Die Fahrzeuglängsrichtung entspricht einer Längserstreckung des Kraftfahrzeugs und entspricht einer Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs bei einer Geradeausfahrt. Mittels der Abtriebswelle ist das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine über die Antriebswelle zumindest teilweise antreibbar.The drive shaft runs at least substantially transversely, in particular perpendicularly, to the Vehicle vertical direction and thus to the output shaft. The drive shaft corresponds at least essentially, in particular completely, to a transverse direction of the vehicle, which is perpendicular to the vertical direction of the vehicle and perpendicular to a longitudinal direction of the vehicle. The transverse direction of the vehicle can in particular be referred to as the pitch axis. The vehicle longitudinal direction corresponds to a longitudinal extension of the motor vehicle and corresponds to a driving direction of the motor vehicle when driving straight ahead. By means of the output shaft, the motor vehicle can be driven at least partially by the internal combustion engine via the drive shaft.
Die elektrische Maschine kann insbesondere als Elektromotor bezeichnet werden und weist einen mit einem Gehäuse verbundenen Stator und einen Rotor auf. Der Rotor ist um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar. Der Rotor ist koaxial zur Abtriebswelle angeordnet und dabei mittels der ersten Kupplung drehfest mit der Abtriebswelle verbindbar. Unter einer drehfesten Verbindung wird eine Verbindung zweier separat voneinander ausgebildeter Komponenten verstanden, die derart miteinander verbunden sind, dass zumindest Relativdrehungen zwischen den Komponenten sowie vorzugsweise in axialer Richtung und in radialer Richtung der Komponenten Relativbewegungen zwischen den Komponenten unterbleiben beziehungsweise vermieden sind.The electrical machine can in particular be referred to as an electric motor and has a stator connected to a housing and a rotor. The rotor is rotatable about a machine axis of rotation relative to the stator. The rotor is arranged coaxially to the output shaft and can be connected to the output shaft in a rotationally fixed manner by means of the first clutch. A non-rotatable connection is understood to mean a connection between two separately configured components which are connected to one another in such a way that at least relative rotations between the components and preferably in the axial direction and in the radial direction of the components relative movements between the components are suppressed or avoided.
Mittels der ersten Kupplung ist der Rotor der elektrischen Maschine mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine koppelbar und von der Abtriebswelle entkoppelbar. Unter einem Koppeln der elektrischen Maschine mit der Abtriebswelle ist zu verstehen, dass der Rotor drehmomentenübertragend mit der Abtriebswelle koppelbar ist, wodurch beispielweise das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment über den Rotor auf die Abtriebswelle übertragen werden kann. Dadurch kann die Abtriebswelle angetrieben und somit um eine Wellendrehachse relativ zu einem Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine gedreht werden. Die erste Kupplung ist bezogen auf einen von der elektrischen Maschine, insbesondere von dem Rotor, zu der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Abtriebswelle, verlaufenden ersten Drehmomentenfluss, über welchen das Drehmoment von dem Rotor auf die Abtriebswelle übertragbar ist, zwischen der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, sodass der erste Drehmomentenfluss, insbesondere dann, wenn die erste Kupplung geschlossen ist, über die erste Kupplung verläuft. Der erste Drehmomentenfluss kann alternativ entgegengesetzt von der Verbrennungskraftmaschine zu der elektrischen Maschine über die erste Kupplung verlaufen. Die erste Kupplung weist beispielsweise ein erstes Kupplungsteil und ein zweites Kupplungsteil auf. Das erste Kupplungsteil kann drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden sein, und das zweite Kupplungsteil kann drehfest mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein.The rotor of the electrical machine can be coupled to the output shaft of the internal combustion engine and decoupled from the output shaft by means of the first clutch. Coupling the electric machine to the output shaft means that the rotor can be coupled to the output shaft in a torque-transmitting manner, whereby, for example, the torque provided by the electric machine can be transmitted to the output shaft via the rotor. As a result, the output shaft can be driven and thus rotated about a shaft axis of rotation relative to a housing element of the internal combustion engine. The first clutch is arranged between the electric machine and the internal combustion engine in relation to a first torque flow running from the electric machine, in particular from the rotor, to the internal combustion engine, in particular the output shaft, via which the torque can be transmitted from the rotor to the output shaft , So that the first torque flow, especially when the first clutch is closed, runs through the first clutch. Alternatively, the first torque flow can run in the opposite direction from the internal combustion engine to the electric machine via the first clutch. The first clutch has, for example, a first clutch part and a second clutch part. The first clutch part can be non-rotatably connected to the rotor of the electric machine, and the second clutch part can be non-rotatably connected to the output shaft of the internal combustion engine.
Die erste Kupplung kann geöffnet und geschlossen werden, was bedeutet, dass die erste Kupplung zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand umgeschaltet werden kann. In dem geöffneten Zustand ist die elektrische Maschine von der Verbrennungskraftmaschine entkoppelt. In dem geschlossenen Zustand ist die elektrische Maschine mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. In dem geöffneten Zustand sind die beiden Kupplungsteile der ersten Kupplung beziehungsweise die elektrische Maschine und die Verbrennungskraftmaschine voneinander entkoppelt, sodass beispielsweise kein Drehmoment oder höchstens ein insbesondere gegenüber 0 größeres, erstes Drehmoment zwischen den beiden Kupplungsteilen beziehungsweise zwischen der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine übertragen werden kann. In dem geschlossenen Zustand sind die beiden Kupplungsteile, insbesondere reibschlüssig, derart drehmomentenübertragend miteinander verbunden, dass zwischen den Kupplungsteilen beziehungsweise zwischen der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine ein gegenüber dem ersten Drehmoment größeres, zweites Drehmoment übertragen werden kann. Mittels der Abtriebswelle kann das Kraftfahrzeug über die geschlossene erste Kupplung, über den Rotor und über die Antriebswelle zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden. Die erste Kupplung kann insbesondere als eine reibschlüssige Kupplung, insbesondere als Reibkupplung oder Lamellenkupplung, oder als eine formschlüssige Kupplung, insbesondere als eine Klauenkupplung, ausgebildet sein.The first clutch can be opened and closed, which means that the first clutch can be switched between an open state and a closed state. In the open state, the electric machine is decoupled from the internal combustion engine. In the closed state, the electric machine is coupled to the internal combustion engine. In the open state, the two clutch parts of the first clutch or the electric machine and the internal combustion engine are decoupled from one another, so that, for example, no torque or at most a first torque that is greater than 0 in particular can be transmitted between the two clutch parts or between the electric machine and the internal combustion engine . In the closed state, the two clutch parts are connected to one another in a torque-transmitting manner, in particular frictionally, such that a second torque that is greater than the first torque can be transmitted between the clutch parts or between the electric machine and the internal combustion engine. By means of the output shaft, the motor vehicle can be driven at least partially, in particular completely, by the internal combustion engine via the closed first clutch, via the rotor and via the drive shaft. The first clutch can be designed in particular as a frictional clutch, in particular as a friction clutch or a multi-plate clutch, or as a positive clutch, in particular as a claw clutch.
Mittels der elektrischen Maschine kann eine elektrische Leistung in eine mechanische Leistung umgewandelt werden, wodurch der Rotor von dem Stator angetrieben werden kann. Die elektrische Leistung kann beispielsweise von einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, wobei eine elektrische Energie beispielsweise aus einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere aus einem Akkumulator beziehungsweise einer Batterie, entnommen werden kann. Über den Rotor kann die elektrische Maschine wenigstens ein Drehmoment, insbesondere zum Antreiben der Antriebswelle, bereitstellen. Dadurch kann das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine zumindest teilweise, insbesondere vollständig und damit rein elektrisch, angetrieben werden. Es kann sich dabei insbesondere um ein Hybridfahrzeug (PHEV) handeln. Ein Hybridfahrzeug kann sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektromotorisch angetrieben werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine und/oder der elektrischen Maschine angetrieben werden.Electrical power can be converted into mechanical power by means of the electrical machine, as a result of which the rotor can be driven by the stator. The electrical power can be provided, for example, by an on-board network of the motor vehicle, with electrical energy being able to be drawn, for example, from an energy storage device, in particular from an accumulator or a battery. The electric machine can provide at least one torque via the rotor, in particular for driving the drive shaft. As a result, the motor vehicle can be driven by the electric machine at least partially, in particular completely and thus purely electrically. In particular, it can be a hybrid vehicle (PHEV). A hybrid vehicle can have both a combustion engine be driven both mechanically and by an electric motor. In other words, the motor vehicle can be driven by the internal combustion engine and/or the electric machine.
Die elektrische Maschine kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Verbrennungskraftmaschine zu starten. Darunter kann insbesondere ein Starten oder ein Anlassen der Verbrennungskraftmaschine verstanden werden. Dabei geht die Verbrennungskraftmaschine von einem deaktivierten Zustand, in welchem Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben, in einen aktivierten Zustand über, in welchem Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum ablaufen. Bei dem Start der Verbrennungskraftmaschine kann der Rotor der elektrischen Maschine über die geschlossene erste Kupplung ein Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen, wodurch die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere aus einem Stillstand der Abtriebswelle, beschleunigt werden kann. Dadurch kann die Abtriebswelle auf eine zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erforderliche Mindestdrehzahl, die insbesondere als Leerlaufdrehzahl bezeichnet werden kann, gebracht werden.The electric machine can also be used to start the internal combustion engine. This can be understood in particular as starting or starting the internal combustion engine. In this case, the internal combustion engine changes from a deactivated state, in which combustion processes in the combustion chamber do not take place, to an activated state, in which combustion processes in the combustion chamber take place. When the internal combustion engine is started, the rotor of the electric machine can transmit torque to the output shaft via the closed first clutch, as a result of which the output shaft of the internal combustion engine can be accelerated, in particular from a standstill of the output shaft. As a result, the output shaft can be brought to a minimum speed required for operating the internal combustion engine, which can in particular be referred to as the idling speed.
Die elektrische Maschine kann ebenfalls in einem Generatorbetrieb betrieben werden. In dem Generatorbetrieb kann eine mechanische Leistung in eine elektrische Leistung umgewandelt werden, wobei der Rotor von der Abtriebswelle über die geschlossene erste Kupplung angetrieben wird. Die elektrische Leistung kann beispielsweise in das Bordnetz beziehungsweise in die Energiespeichereinrichtung eingespeist werden.The electrical machine can also be operated in generator mode. In the generator mode, mechanical power can be converted into electrical power, with the rotor being driven by the output shaft via the closed first clutch. The electrical power can be fed into the vehicle electrical system or into the energy storage device, for example.
Der Abgastrakt ist, bezogen auf die Fahrzeughochrichtung, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig oder nahezu vollständig, unterhalb des Motorblocks angeordnet. Die Hauptkammer ist neben der Abtriebswelle angeordnet, was bedeutet, dass die Hauptkammer und die Abtriebswelle benachbart, insbesondere unmittelbar benachbart, sind. Eine vertikale Erstreckung der Hauptkammer verläuft somit in Richtung der Abtriebswelle.Relative to the vertical direction of the vehicle, the exhaust tract is arranged at least partially, preferably completely or almost completely below the engine block. The main chamber is arranged next to the output shaft, which means that the main chamber and the output shaft are adjacent, in particular immediately adjacent. A vertical extent of the main chamber thus runs in the direction of the output shaft.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: bei einem herkömmlichen Antriebsstrang weist die Abtriebswelle für gewöhnlich eine horizontale Ausrichtung auf, was insbesondere als horizontale Abtriebswelle, insbesondere horizontale Kurbelwelle, oder als eine parallele Anordnung bezeichnet werden kann. Die Abtriebswelle kann dabei insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung oder in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sein. Dadurch weist der Antriebsstrang ein besonders großes Bauvolumen beziehungsweise einen besonders großen Bauraum auf, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung, wodurch insbesondere eine Crashlänge des Kraftfahrzeugs besonders kurz ausfallen kann. Als Crashlänge kann insbesondere eine Länge eines als Knautschzone oder als Deformationszone bezeichneten Bereichs des Kraftfahrzeugs bezeichnet werden, wobei sich im Falle einer Kollision beziehungsweise eines Unfalls des Kraftfahrzeugs der Bereich aufgrund eines Aufpralls verformen und so eine Energie der Kollision oder eines Aufpralls mittels Verformungsarbeit absorbieren kann. Die Deformationszone kann beispielsweise von einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Frontschürze, bis zum Antriebsstrang, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, verlaufen, wobei der Antriebsstrang nicht Teil der Deformationszone ist. Bei einem herkömmlichen Antriebsstrang ist der Abgastrakt, insbesondere die Abgasanschlussstelle, größtenteils hinter oder vor dem Motorblock, bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung, oder neben dem Motorblock, bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung, angeordnet. Dadurch ergibt sich ein besonders großer Bauraum des Antriebsstrangs, woraus eine besonders kurze Crashlänge resultiert.The invention is based in particular on the following findings and considerations: in a conventional drive train, the output shaft usually has a horizontal orientation, which can be referred to in particular as a horizontal output shaft, in particular a horizontal crankshaft, or as a parallel arrangement. The output shaft can be aligned in particular in the longitudinal direction of the vehicle or in the transverse direction of the vehicle. As a result, the drive train has a particularly large construction volume or a particularly large construction space, in particular in the longitudinal direction of the vehicle, as a result of which a crash length of the motor vehicle can be particularly short. In particular, a length of an area of the motor vehicle referred to as a crumple zone or a deformation zone can be referred to as a crash length, wherein in the event of a collision or an accident of the motor vehicle, the area deforms due to an impact and can thus absorb energy from the collision or an impact by means of deformation work. The deformation zone can run, for example, from the front of the motor vehicle, in particular a front apron, to the drive train, in particular the internal combustion engine, with the drive train not being part of the deformation zone. In a conventional drive train, the exhaust tract, in particular the exhaust connection point, is mostly arranged behind or in front of the engine block in relation to the longitudinal direction of the vehicle, or next to the engine block in relation to the transverse direction of the vehicle. This results in a particularly large installation space for the drive train, which results in a particularly short crash length.
Demgegenüber kann in dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang aufgrund der vertikalen Anordnung der Abtriebswelle der Bauraum des Antriebsstrangs, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung, besonders gering gehalten werden. Insbesondere eine Einbindung der elektrischen Maschine in den Antriebsstrang ist gegenüber der Verbrennungskraftmaschine und der Abtriebswelle nahezu baulängenneutral möglich, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung, da der Rotor koaxial zur senkrecht verlaufenden Abtriebswelle angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Antriebsstrang besonders kompakt ausgeführt. Dadurch kann eine besonders große Crashlänge erzielt werden, wodurch eine Sicherheit, insbesondere eine passive Sicherheit, des Kraftfahrzeugs besonders hoch ist. Zudem weist der erfindungsgemäße Antriebsstrang ein besonders geringes Gewicht und besonders geringe Kosten auf. Ein gegenüber einem herkömmlichen Antriebsstrang gewonnener Bauraum kann beispielsweise für eine Anordnung beziehungsweise ein Package von weiteren Komponenten, insbesondere von Peripheriebauteilen, verwendet werden. Da die Hauptkammern der Abgasanlage zumindest teilweise unterhalb des Motorblocks angeordnet sind, weist der erfindungsgemäße Antriebsstrang einen besonders geringen Bauraum beziehungsweise Systembauraumbedarf, bei einem gleichzeitigen besonders großen Volumen der Abgasanlage, auf. Dadurch kann die Crashlänge besonders erhöht werden. Zudem wird im Unterboden Bauraum eingespart, welcher für das Package von Batterien und/oder für einen Kraftstofftank verwendet werden kann. Dies ist vor allem bei Range-Extender-Anwendungen besonders vorteilhaft. Zudem kann eine Steuerung des Aufheizverhaltens der Verbrennungskraftmaschine, was insbesondere als aktives Thermomanagement bezeichnet werden kann, besonders vorteilhaft erfolgen. Des Weiteren können das Gewicht und die Kosten der Abgasanlage besonders gering gehalten werden.In contrast, the installation space of the drive train, in particular in the longitudinal direction of the vehicle, can be kept particularly small in the drive train according to the invention due to the vertical arrangement of the output shaft. In particular, an integration of the electric machine into the drive train is possible with almost no overall length compared to the internal combustion engine and the output shaft, especially in the longitudinal direction of the vehicle, since the rotor is arranged coaxially to the vertical output shaft. In other words, the drive train is designed to be particularly compact. As a result, a particularly large crash length can be achieved, as a result of which safety, in particular passive safety, of the motor vehicle is particularly high. In addition, the drive train according to the invention has a particularly low weight and particularly low costs. A space gained compared to a conventional drive train can be used, for example, for an arrangement or a package of further components, in particular peripheral components. Since the main chambers of the exhaust system are at least partially arranged below the engine block, the drive train according to the invention has a particularly small installation space or system installation space requirement, with a simultaneous particularly large volume of the exhaust system. As a result, the crash length can be particularly increased. In addition, space is saved in the underbody, which can be used for the package of batteries and/or for a fuel tank. This is particularly advantageous for range extender applications. In addition, a control of the heating behavior of the internal combustion engine, which in particular as an active Thermoma nagement can be referred to, take place particularly advantageously. Furthermore, the weight and the costs of the exhaust system can be kept particularly low.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Frontansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs; und -
2 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs
-
1 a schematic front view of a drive train according to the invention; and -
2 a schematic side view of a drive train according to the invention
Die Abtriebswelle kann beispielsweise als eine Kurbelwelle ausgebildet sein. Die Abtriebswelle erstreckt sich zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, in einer Fahrzeughochrichtung 14, was insbesondere als vertikal beziehungsweise senkrecht stehende Abtriebswelle bezeichnet werden kann. Eine als Abtriebswellenachse 16 bezeichnete Achse, in deren Richtung sich die Abtriebswelle erstreckt, entspricht somit der Fahrzeughochrichtung 14.The output shaft can be designed as a crankshaft, for example. The output shaft extends at least essentially, in particular completely, in a
Der Antriebsstrang 10 weist wenigstens eine Antriebswelle 18 auf, welche zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, quer beziehungsweise senkrecht zu der Abtriebswelle und somit zu der Fahrzeughochrichtung 14 verläuft. Die Antriebswelle 18 erstreckt sich in Richtung einer Fahrzeugquerrichtung 20. Über die Antriebswelle 18 ist das Kraftfahrzeug zumindest teilweise von der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar.The
Um nun einen Antriebsstrang 10 zu schaffen, der auf besonders vorteilhafte Weise einen besonders geringen Bauraum aufweist, umfasst der Antriebsstrang 10 eine elektrische Maschine 22, welche einen mit einem Gehäuse verbundenen Stator und einen Rotor aufweist. Der Rotor ist relativ zu dem Stator um eine Maschinendrehachse drehbar und ist koaxial zu der Antriebswelle angeordnet, wodurch die Maschinendrehachse und die Abtriebswellenachse 16 zusammenfallen.In order to create a
Mittels einer ersten Kupplung 24 ist der Rotor der elektrischen Maschine 22 mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 12 koppelbar und von der Abtriebswelle entkoppelbar. Unter einem Koppeln des Rotors mit der Abtriebswelle ist zu verstehen, dass der Rotor mit der Abtriebswelle drehmomentenübertragend koppelbar ist, wodurch beispielsweise ein von der elektrischen Maschine 22 bereitgestelltes Drehmoment über den Rotor auf die Abtriebswelle übertragen werden kann. Dadurch kann die Abtriebswelle angetrieben und somit um eine Wellendrehachse relativ zu einem Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine 12 gedreht werden. Die erste Kupplung 24 ist bezogen auf einen von dem Rotor zu der Abtriebswelle verlaufenden ersten Drehmomentenfluss, über welchen das Drehmoment von dem Rotor auf die Abtriebswelle übertragbar ist, zwischen dem Rotor und der Abtriebswelle angeordnet, sodass der erste Drehmomentfluss insbesondere dann, wenn die erste Kupplung 24 geschlossen ist über die erste Kupplung 24 verläuft. Der erste Drehmomentfluss kann alternativ entgegengesetzt von der Abtriebswelle zu dem Rotor über die erste Kupplung 24 verlaufen. Die erste Kupplung 24 kann insbesondere als eine reibschlüssige Kupplung, insbesondere als Reibkupplung oder Lamellenkupplung, oder als eine formschlüssige Kupplung, insbesondere als eine Klauenkupplung, ausgebildet sein. Der Abgastrakt 13 ist, bezogen auf die Fahrzeughochrichtung 14, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig oder nahezu vollständig, unterhalb des Motorblocks angeordnet. Die Hauptkammer 13a ist neben der Abtriebswelle angeordnet, was bedeutet, dass die Hauptkammer 13a und die Abtriebswelle benachbart, insbesondere unmittelbar benachbart, sind. Eine vertikale Erstreckung der Hauptkammer 13a verläuft somit in Richtung der Abtriebswelle.The rotor of the
Mittels dem Rotor kann die Abtriebswelle über die geschlossene erste Kupplung 24 von der elektrischen Maschine 22 angetrieben werden, wodurch die Verbrennungskraftmaschine 12 von der elektrischen Maschine 22 gestartet werden kann. Alternativ kann in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 22 der Rotor über die geschlossene erste Kupplung 24 von der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 12 angetrieben werden, wodurch elektrische Energie in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs beziehungsweise eine Energiespeichereinrichtung eingespeist werden kann.The output shaft can be driven by the
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Antriebsstrang 10, eine zweite Kupplung 26 auf, mittels welcher der Rotor der elektrischen Maschine 22 mit der Antriebswelle 18 koppelbar ist und von der Antriebswelle 18 entkoppelbar ist. Im geöffneten Zustand der zweiten Kupplung 26 sind der Rotor und die Antriebswelle 18 entkoppelt, im geschlossenen Zustand der zweiten Kupplung 26 sind der Rotor und die Antriebswelle 18 gekoppelt. Die zweite Kupplung 26 kann als eine reibschlüssige Kupplung, insbesondere als eine Reibkupplung oder als eine Lamellenkupplung, oder als eine formschlüssige Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung, ausgebildet sein. Die zweite Kupplung 26 ist bezogen auf einen von der elektrischen Maschine 22, insbesondere von dem Rotor, zu der Antriebswelle 18 verlaufenden zweiten Drehmomentenfluss, über welchen das Drehmoment von dem Rotor auf die Antriebswelle 18 übertragbar ist, zwischen der elektrischen Maschine 22 und der Antriebswelle 18 angeordnet, sodass der zweite Drehmomentenfluss, insbesondere dann, wenn die zweite Kupplung 26 geschlossen ist, über die zweite Kupplung 26 verläuft. Der zweite Drehmomentenfluss kann alternativ von der Antriebswelle 18 über die zweite Kupplung 26 zu dem Rotor verlaufen. Über die geschlossene zweite Kupplung 26 kann das Kraftfahrzeug über die Antriebswelle 18 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von der elektrischen Maschine 22 angetrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Kraftfahrzeug über die geschlossene erste Kupplung 24, den Rotor, die geschlossene zweite Kupplung 26 und über die Antriebswelle 18 von der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 12 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, angetrieben werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der elektrischen Maschine 22 und der Antriebswelle 18 wenigstens eine Getriebeeinrichtung 28 angeordnet, sodass der zweite Drehmomentenfluss über die Getriebeeinrichtung 28 verläuft. Dabei ist die Getriebeeinrichtung 28 vorzugsweise zwischen der zweiten Kupplung 26 und der Antriebswelle 18 angeordnet. Unter der Getriebeeinrichtung 28 kann insbesondere ein als Getriebe bezeichnetes Umformelement verstanden werden, mit den Bewegungsgrößen, insbesondere Drehzahl und Drehmoment verändert beziehungsweise angepasst werden können. Vorzugsweise ist die Getriebeeinrichtung 28 als ein Differenzialgetriebe ausgebildet. Alternativ kann das Differenzialgetriebe zusätzlich zu der Getriebeeinrichtung 28 vorgesehen sein, wobei das Differenzialgetriebe separat von der Getriebeeinrichtung 28 ausgebildet ist. Als Differenzialgetriebe, Ausgleichsgetriebe, Achsdifferenzial oder Differenzial kann insbesondere ein Umlaufrädergetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, mit einem Antrieb und zwei Abtrieben bezeichnet werden. Mittels dem Differenzialgetriebe können zwei Räder des Kraftfahrzeugs derart angetrieben werden, dass die Räder bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs sich mit unterschiedlichen Drehzahlen, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.In a preferred embodiment, at least one
In weiterer Ausgestaltungen ist die Verbrennungskraftmaschine 12 als ein Boxermotor ausgebildet. Ein Boxermotor ist insbesondere ein Mehrzylinder-Hubkolbenmotor, mit wenigstens zwei Zylindern, wobei die Zylinder einander gegenüberliegend angeordnet sind, was insbesondere als ein Bankwinkel von 180° (Grad) bezeichnet werden kann. Zwischen den Zylindern ist die Abtriebswelle, insbesondere die Kurbelwelle, angeordnet. Mittels des Boxermotors kann der Bauraum, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung, des Antriebsstrangs 10 besonders gering gehalten werden.In further configurations, the
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebsstrang 10 mittels wenigstens einer Lagerung 36 an einem Aufbau 38 des Kraftfahrzeugs, der insbesondere als eine selbsttragende Karosserie ausgebildet sein kann, gelagert beziehungsweise befestigt, was aus
In einer weiteren Ausführungsform kann die Hauptkammer 13a, bezogen auf die Fahrzeughochrichtung 14, nach unten hin von der Antriebswelle 18 begrenzt sein. Dies bedeutet, dass eine sich in Fahrzeughochrichtung 14 befindende tiefste Erstreckung der Hauptkammer 13a sich oberhalb der Antriebswelle 18 befinden kann. Vorzugsweise erstreckt sich die Hauptkammer 13a in der Fahrzeuglängsrichtung 30 des Kraftfahrzeugs vor und/oder hinter der Antriebswelle 18 bis unterhalb, bezogen auf die Fahrzeughochrichtung 14, der Antriebswelle 18. Mit anderen Worten ausgedrückt wird die Hauptkammer 13a nach unten hin, bezogen auf die Fahrzeughochrichtung 14, zwar von der Antriebswelle 18 begrenzt, jedoch ragt die Hauptkammer 13a vor und/oder hinter, bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung 30, der Antriebswelle 18 unter die Antriebswelle 18 hinaus. Dies bedeutet, dass die Hauptkammer 13a vor und/oder hinter der Antriebswelle 18 in Richtung einer Fahrbahn des Kraftfahrzeugs verlängert ist. Dies ist in dem in
In weiterer Ausgestaltung ist der Abgastrakt 13 mittels wenigstens einem Auslassflansch 40 an der Abgasanschlussstelle mit dem Motorblock verbunden, wodurch der Abgastrakt 13 zumindest teilweise mittels des Auslassflansches 40 an dem Motorblock fixiert ist, und wobei der Abgastrakt 13 mit dem Brennraum fluidisch verbunden ist. Dadurch kann der Abgastrakt 13 besonders vorteilhaft gelagert werden.In a further embodiment, the
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Abgastrakt 13 wenigstens zwei Hauptkammern 13a, b auf, wobei diese flächig und/oder mittels Rohren miteinander verbunden sein können. Die Abtriebswelle ist zwischen den Hauptkammern 13a, b angeordnet, wodurch besonders vorteilhaft ein besonders großes Volumen des Abgastrakts 13 erzielt werden kann. Die Hauptkammern 13a, b bilden vorzugsweise einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal 42 zur Kühlung des Antriebsstrangs 10, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 12, der sich außerhalb des Abgastrakts 13 befindet. Der Kühlkanal 42 befindet sich demnach zwischen den Hauptkammern 13a, b, wird von den Hauptkammern 13a, b zumindest teilweise begrenzt und ist als ein Kamin ausgebildet. Die Hauptkammern 13a, b übernehmen dabei eine strömungsführende Funktion des Kühlmediums. Bei dem Kühlmedium handelt es sich beispielsweise um Luft.In a particularly preferred embodiment of the invention, the
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abtriebswelle, die elektrische Maschine 22 und die erste Kupplung 24 von einem Abschirmblech 44 zumindest teilweise umgeben, wobei das Abschirmblech 44 in dem Kühlkanal 42 angeordnet ist. Das Abschirmblech 44 kann insbesondere eine zylindrische Form aufweisen. Dadurch wird der Kühlkanal 42 von dem Abschirmblech 44 in zwei separate Teilbereiche 46, 48 geteilt. Der erste Teilbereich 46 wird unmittelbar von den Hauptkammern 13a, b begrenzt. Der zweite Teilbereich 48 umgibt unmittelbar die Abtriebswelle, die erste Kupplung 24 und die elektrische Maschine 22. Vorzugsweise kann vor und/oder hinter und/oder in das Abschirmblech 44 Kühlmittel geführt werden, wodurch der erste Teilbereich 46 und/oder der zweite Teilbereich 48 von dem Kühlmedium durchströmt werden kann. Dadurch kann der Antriebsstrang 10, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine 12 und die Abtriebswelle und die elektrische Maschine 22 und die erste Kupplung 24, besonders vorteilhaft gekühlt werden, wobei die Abtriebswelle, die elektrische Maschine 22 und die erste Kupplung 24 von dem ersten Teilbereich 46 zumindest teilweise abgeschirmt werden, sodass in beiden Teilbereichen 46, 48 jeweils verschiedene Kühlleistungen darstellbar sind. Dadurch kann ein Aufheizverhalten der Verbrennungskraftmaschine 12 besonders gut gesteuert und verbessert werden. Mittels den Pfeilen K ist in den Fig. exemplarisch ein möglicher Kühlmittelstrom beziehungsweise ein möglicher Weg des Kühlmittels skizziert. Das Aufheizverhalten kann insbesondere als aktives Thermomanagement bezeichnet werden kann, wobei beide Teilbereiche 46, 48 für das aktive Thermomanagement verwendet werden können. Vorzugsweise wird die zweite Kupplung 26 ebenfalls von dem Abschirmblech 44 umgeben und ist somit in dem zweiten Teilbereich des Kühlkanals 42 angeordnet.In a preferred embodiment, the output shaft, the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Antriebsstrangpowertrain
- 1212
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 1313
- Abgastraktexhaust tract
- 13a13a
- Hauptkammermain chamber
- 13b13b
- Hauptkammermain chamber
- 1414
- Fahrzeughochrichtungvehicle elevation
- 1616
- Abtriebswellenachseoutput shaft axis
- 1818
- Antriebswelledrive shaft
- 2020
- Fahrzeugquerrichtungvehicle transverse direction
- 2222
- elektrische Maschineelectric machine
- 2424
- erste Kupplungfirst clutch
- 2626
- zweite Kupplungsecond clutch
- 2828
- Getriebeeinrichtunggear mechanism
- 3030
- Fahrzeuglängsrichtungvehicle longitudinal direction
- 3232
- Crashlängecrash length
- 3434
- Fahrzeugfrontvehicle front
- 3636
- Lagerungstorage
- 3838
- Aufbauconstruction
- 4040
- Auslassflanschoutlet flange
- 4242
- Kühlkanalcooling channel
- 4444
- Abschirmblechshield plate
- 4646
- erster Teilbereichfirst section
- 4848
- zweiter Teilbereichsecond section
- KK
- Kühlmittelstromcoolant flow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 4024801 A1 [0002]DE 4024801 A1 [0002]
- DE 3004647 A1 [0002]DE 3004647 A1 [0002]
- DE 19526086 A1 [0003]DE 19526086 A1 [0003]
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---|---|---|---|
DE102020006152.4A DE102020006152A1 (en) | 2020-10-07 | 2020-10-07 | Exhaust system for a drive train with a vertical crankshaft for a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102020006152.4A DE102020006152A1 (en) | 2020-10-07 | 2020-10-07 | Exhaust system for a drive train with a vertical crankshaft for a motor vehicle |
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2020
- 2020-10-07 DE DE102020006152.4A patent/DE102020006152A1/en active Pending
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