DE102020006782A1 - Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen - Google Patents

Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (10) für einen Kraftwagen, mit einer genau zwei Zylinder(16) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (14), deren durch ein Zylindergehäuse (18) der Verbrennungskraftmaschine (14) gebildeten Zylinder (16) in V-Anordnung angeordnet sind, wobei in einem aus der V-Anordnung der Zylinder (16) resultierenden Bauraum (B) zwischen den Zylindern (16) ein Statorgehäuse (20) einer zum elektrischen Antreiben des Kraftwagens ausgebildeten, elektrischen Maschine (22) der Antriebseinrichtung (10) zumindest überwiegend angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Eine solche Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, ist beispielsweise bereits der DE 100 60 690 C1 als bekannt zu entnehmen. Die Antriebseinrichtung umfasst eine auch als Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, welche genau zwei Zylinder aufweist. Die durch ein Zylindergehäuse der Verbrennungskraftmaschine gebildeten beziehungsweise begrenzten Zylinder sind in V-Anordnung angeordnet, sodass die Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise ausgebildet, mithin ein V-Motor ist. Des Weiteren offenbart die US 2 925 742 ein Leistungsübertragungssystem.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um eine Antriebseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem aus der V-Anordnung der Zylinder resultierenden Bauraum zwischen den Zylindern ein Statorgehäuse einer zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des als Hybridfahrzeugs ausgebildeten Kraftwagens ausgebildeten, elektrischen Maschine der Antriebseinrichtung zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, angeordnet ist. Hierdurch ist das beispielsweise zumindest teilweise einstückig mit dem insbesondere einstückig ausgebildeten Zylindergehäuse oder aber separat von dem Zylindergehäuse ausgebildete Statorgehäuse besonders bauraumgünstig beziehungsweise platzsparend in die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in das beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildete Zylindergehäuse integriert, sodass der Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung insbesondere in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann. In vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine weist diese eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, deren axiale Richtung mit der zuvor genannten Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine zusammenfällt.
  • Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Auf batterieelektrische Antriebe konsequent entwickelte Karosseriestruktur verfügen üblicherweise über einen nur sehr geringen Bauraum vor der Vorderachse und hinter der Hinterachse. Bei der Verwendung einer solchen Karosseriestruktur für Antriebe mit Verbrennungsmotor beziehungsweise Verbrennungskraftmaschine ist der Bauraum für den jeweiligen Verbrennungsmotor so stark begrenzt, dass beispielsweise Reihenmotoren nur noch quer an der Vorderachse Platz finden. Da der Antriebsstrang wegen des Verhaltens von Platz für die Batterie nicht zur Hinterachse geführt werden kann, bleibt für eine nur mit Verbrennungsmotor angetriebene Variante nur der Frontantrieb. Eine vergleichbare, nur batterieelektrische Variante hingegen kann durch den kleinen Platzbedarf eines elektrischen Antriebs (E-Antrieb) als Heckantrieb ausgeführt werden, was fahrdynamische Vorteile haben kann.
  • Bisherige Hybridantriebe aus Verbrennungsmotor (ICE) und elektrischer Maschine (E-Maschine) integrieren die E-Maschine üblicherweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Erfindung die Integration des Statorgehäuses in das auch als V2 Zylindergehäuse bezeichnete und beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildete Zylindergehäuse, wobei das Statorgehäuse für einen Einbau eines Stators einer einzigen elektrischen Maschine vorgesehen ist. Die elektrische Maschine kann beispielsweise zusammen mit der auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine Antriebsräder des Kraftwagens antreiben. Dabei ist es denkbar, dass in einem rein elektrischen Betriebsmodus des Kraftwagens die Antriebsräder bezogen auf die Verbrennungskraftmaschine und die elektrische Maschine ausschließlich mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden.
  • Der beispielsweise zumindest im Wesentlichen V-förmige Bauraum, in welchem das Statorgehäuse angeordnet ist, wird auch als Innen-V bezeichnet, sodass im vollständig hergestellten Zustand der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftwagens das Statorgehäuse in dem Innen-V zwischen den Zylindern positioniert ist. Durch einen Zylinderöffnungswinkel von beispielsweise 90 Grad kann in dem Statorgehäuse ein Stator aufgenommen werden, welcher beispielsweise einen Durchmesser von zumindest in etwa 150 Millimeter aufweist. Dadurch kann eine besonders große elektrische Leistung beziehungsweise Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisiert werden, sodass eine besonders große elektrische Leistung zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftwagens dargestellt werden kann. Mit anderen Worten ist hierdurch die Antriebseinrichtung als Hybridmotor darstellbar, dessen Maß beziehungsweise Abmessung in Längsrichtung beziehungsweise axialer Richtung der Kurbelwelle sehr gering ist, hingegen in quer zur Längsrichtung verlaufender Querrichtung zur Verfügung stehenden Bauraum besonders gut ausnutzen kann.
  • Vorzugsweise ist das Zylindergehäuse aus einen Aluminiumlegierung, insbesondere aus AISi9Cu3(Fe), gebildet. Vorzugsweise wird das Zylindergehäuse gegossen. Dabei können beispielsweise Gießverfahren wie Sandguss oder Schwerkraftkokillenguss eingesetzt werden. Als besonders wirtschaftliche Variante ist hierbei der Druckguss zu nennen. Besonders bevorzugt ist ein überwiegend laminarer Druckguss in Folge dessen auch bei dickwandigen Strukturen vorteilhafte Materialeigenschaften resultieren wie die Schweißbarkeit und hohe Freiheiten in der Wahl des Wärmebehandlungsverfahrens. Das Zylindergehäuse liegt besonders bevorzugt örtlich oder vollständig in einem wärmebehandelten Zustand vor.
  • Vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine einen Hubraum von zumindest in etwa einem Liter auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbrennungskraftmaschine eine Leistung, insbesondere eine Nennleistung oder eine Maximalleistung, von in etwa 100 Kilowatt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebs- oder Nennspannung aufweisen, welche größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine eine Leistung, insbesondere eine Nennleistung oder eine Maximalleistung, aufweisen, welche beispielsweise circa 100 Kilowatt beträgt.
  • Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann ein Hybridmotor sein, der aufgrund der kurzen Länge in Längsrichtung der Kurbelwelle längs nahe der Hinterachse insbesondere in dessen für eine batterieelektrische Architektur (BEV-Architektur) konstruierten Karosseriestruktur eingebaut werden. Dadurch kann in einem verbrennungselektrischen Hybridbetrieb mit kleiner Batterie ein Antrieb der Hinterachse durch den Hybridmotor realisiert werden, was zu vorteilhaften Fahreigenschaften im Vergleich zum selben Antriebsmodus mit quer eingebauten Reihenmotor an der Vorderachse führt.
    Grundsätzlich ist vorstellbar, die erfindungsgemäße Antriebseinheit auch in einem zur Hinterachse beabstandeten Bereich des Antriebsstranges zu platzieren, beispielsweise im Bereich der Vorderachse zum Antrieb der Vorderräder.
    Ferner ist vorstellbar, zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Antriebseinheiten in einem Kraftwagen zu verwenden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen;
    • 2 eine schematische Vorderansicht der Antriebseinrichtung;
    • 3 eine schematische Draufsicht der Antriebseinrichtung;
    • 4 eine weitere, besonders schematische Vorderansicht eines Kurbeltriebs und einer elektrischen Maschine der Antriebseinrichtung,
    • 5 eine weitere schematische Vorderansicht der Antriebseinrichtung;
    • 6 eine schematische Seitenansicht einer selbsttragenden Karosserie des Kraftwagens; und
    • 7 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht der Karosserie und eine schematische Draufsicht eines Antriebsstrangs des Kraftwagens.
  • In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Antriebseinrichtung 10 für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen, dessen Karosserie in einer schematischen Seitenansicht in 6 gezeigt und dort mit 12 bezeichnet ist. Die Karosserie 12 ist eine selbsttragende Karosserie. Die Antriebseinrichtung 10 umfasst eine auch als Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine 14, welche genau zwei Zylinder 16 aufweist. die Zylinder 16 sind in V-Anordnung angeordnet, sodass die Verbrennungskraftmaschine 14 als ein V-Motor, mithin in V-Bauweise ausgebildet ist. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine 14 ein Zwei-Zylinder-V-Motor. Die Zylinder 16 sind durch ein vorzugsweise einstückiges Zylindergehäuse 18 der Verbrennungskraftmaschine 14 gebildet beziehungsweise begrenzt, wobei bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel das Zylindergehäuse 18 ein Zylinderkurbelgehäuse ist. Das Zylindergehäuse 18 kann weitere Anbauelemente aufweisen, wie beispielsweise Versteifungs- oder Verstärkungselemente. Insbesondere im Falle eines schweißgeeigneten Grundmaterials können solche Anbauelemente auch erst nach dem Gießprozess gefügt, insbesondere an das Zylindergehäuse 18 angeschweißt bzw. eingeschweißt werden.
  • Um nun den Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung 10 insbesondere in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine 14 besonders gering halten zu können, ist in einem aus der V-Anordnung der Zylinder 16 resultierenden Bauraum B zwischen den Zylindern 16 ein Statorgehäuse 20 einer zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftwagens ausgebildeten, elektrischen Maschine 22 der Antriebseinrichtung 10 zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Statorgehäuse 20 vollständig oder zumindest teilweise zusammen mit dem Zylinderehäuse 18 gegossen. Mit anderen Worten ist der Guss so ausgeführt, dass das Gussbauteil Merkmale des Zylindergehäuses 18 und zumindest Teilabschnitte des Statorgehäuses umfasst.
  • 2 zeigt die Antriebseinrichtung 10 in einer schematischen Vorderansicht, während 3 die Antriebseinrichtung 10 in einer schematischen Draufsicht zeigt. 4 zeigt in einer schematischen Vorderansicht einen Kurbeltrieb 24 der Verbrennungskraftmaschine 14. Der Kurbeltrieb 24 umfasst eine Kurbelwelle 26, welche um eine Drehachse relativ zu dem Zylindergehäuse 18 drehbar an dem Zylindergehäuse 18 gelagert ist. In dem jeweiligen Zylinder 16 ist ein jeweiliger Kolben 28 translatorisch bewegbar aufgenommen. Der jeweilige Kolben 28 des Kurbeltriebs 24 ist über ein jeweiliges Pleuel 30 des Kurbeltriebs 24 gelenkig mit der Kurbelwelle 26 des Kurbeltriebs 24 verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen der Kolben 28 in den Zylindern 16 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 26 um ihre Drehachse relativ zu dem Zylindergehäuse 18 (Zylinderkurbelgehäuse) umgewandelt werden.
  • Außerdem ist in 4 ein Stator 32 der elektrischen Maschine 22 erkennbar, dessen Stator 32 an dem Statorgehäuse 20 befestigt beziehungsweise festgelegt ist. Die elektrische Maschine 22 umfasst außerdem einen Rotor 34, welcher von dem Stator 32 antreibbar und dadurch um einen Maschinendrehachse 36 relativ zu dem Stator 32, relativ zu dem Statorgehäuse 20 und relativ zu dem Zylindergehäuse 18 drehbar ist. Es ist erkennbar, dass die Maschinendrehachse 36 parallel zu der in 4 mit 38 bezeichneten Drehachse, um welche die Kurbelwelle 26 relativ zu dem Zylindergehäuse 18 drehbar ist, verläuft und von der Drehachse 38 beabstandet ist. Die Drehachse 38 fällt mit der axialen Richtung der Kurbelwelle 26 und der Verbrennungskraftmaschine 14 zusammen, deren Längsachse mit der axialen Richtung und somit mit der Drehachse 38 zusammen fällt.
  • Besonders gut aus 3 ist erkennbar, dass der Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung 10 insbesondere in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine 14, das heißt in axialer Richtung der Kurbelwelle 26 besonders gering gehalten werden kann.
  • Aus 3 ist besonders schematische ein Getriebeflansch 40 veranschaulicht, über welchen beispielsweise ein Getriebe eines Antriebsstrangs des Kraftwagens an die Verbrennungskraftmaschine 14 angeflanscht ist. Die Verbrennungskraftmaschine 14 kann über ihre Kurbelwelle 26 Drehmomente zum Antreiben des Kraftwagens bereitstellen, wobei die Drehmomente über die Kurbelwelle 26 in das Getriebe eingeleitet und beispielsweise mittels des Getriebes umgewandelt werden.
  • Aus 5 ist erkennbar, dass in dem Bauraum B wenigstens ein Gehäuse eines zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine 14 und zusätzlich zu der elektrischen Maschine 22 vorgesehenen Nebenaggregat 42 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, angeordnet sein, wobei das Gehäuse des Nebenaggregats 42 in 5 mit 44 bezeichnet ist. Bei dem Gehäuse 44 handelt es sich vorliegend um ein Wasserpumpengehäuse, sodass das Nebenaggregat 42 beispielsweise eine insbesondere mechanisch von der Kurbelwelle 26 antreibbare Wasserpumpe sein kann. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass in das Zylindergehäuse 18 ein zusätzliches Gehäuse 46 eines zusätzlichen, weiteren Nebenaggregats 48 angeordnet sein kann. Bei dem Gehäuse 46 handelt es sich beispielsweise um ein Ölpumpengehäuse einer Ölpumpe, die beispielsweise mechanisch von der Kurbelwelle 26 angetrieben werden kann. Insbesondere kann die Option eines gemeinsam genutzten Kühlwasserkreislaufs vorgesehen sein, mittels welchem beispielsweise sowohl das Statorgehäuse 20 als auch das Zylindergehäuse 18 gekühlt werden können.
  • Aus 6 und 7 ist erkennbar, dass die Karosserie 12 zwei Längsträger 50 umfassen kann, welche beispielsweise über Querträger 52 der Karosserie 12 miteinander verbunden sind. In 7 ist eine Hinterachse 54 eines Antriebsstrangs 56 des Kraftwagens erkennbar. Dabei ist die Antriebseinrichtung 10 der Hinterachse 54 zugeordnet beziehungsweise Bestandteil der Hinterachse 54. Die Hinterachse 54 umfasst genau zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Fahrzeugräder 58, welche insbesondere über ein auch als Achsgetriebe bezeichnete Differentialgetriebe 60 von der elektrischen Maschine 22 und von der Verbrennungskraftmaschine 14 antreibbar sind. Die Fahrzeugräder 58 sind somit Antriebsräder des Kraftwagens, welches durch Antreiben der Antriebsräder angetrieben wird beziehungsweise antreibbar ist. Es ist erkennbar, dass die kompakte Antriebseinrichtung 10 längs verbaut ist, sodass die Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine 14 in Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Dabei kann der Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung 10 in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine 14 besonders gering gehalten werden, wobei jedoch die Antriebseinrichtung 10 in Fahrzeugquerrichtung einen vorhandenen Bauraum, insbesondere zwischen den Längsträgern 50, vorteilhaft ausfüllt. Insbesondere ist die Antriebseinrichtung 10 in Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine 14 wesentlich kürzer als herkömmliche, batterieelektrische Antriebsvarianten und als herkömmliche, hybridantriebsvarianten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebseinrichtung
    12
    Karosserie
    14
    Verbrennungskraftmaschine
    16
    Zylinder
    18
    Zylindergehäuse
    20
    Statorgehäuse
    22
    elektrische Maschine
    24
    Kurbeltrieb
    26
    Kurbelwelle
    28
    Kolben
    30
    Pleuel
    32
    Stator
    34
    Rotor
    36
    Maschinendrehachse
    38
    Drehachse
    40
    Getriebeflansch
    42
    Nebenaggregat
    44
    Gehäuse
    46
    Gehäuse
    48
    Nebenaggregat
    50
    Längsträger
    52
    Querträger
    54
    Hinterachse
    56
    Antriebsstrang
    58
    Fahrzeugrad
    60
    Differentialgetriebe
    B
    Bauraum
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10060690 C1 [0002]
    • US 2925742 [0002]

Claims (8)

  1. Antriebseinrichtung (10) für einen Kraftwagen, mit einer genau zwei Zylinder(16) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (14), deren durch ein Zylindergehäuse (18) der Verbrennungskraftmaschine (14) gebildeten Zylinder (16) in V-Anordnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem aus der V-Anordnung der Zylinder (16) resultierenden Bauraum (B) zwischen den Zylindern (16) ein Statorgehäuse (20) einer zum elektrischen Antreiben des Kraftwagens ausgebildeten, elektrischen Maschine (22) der Antriebseinrichtung (10) zumindest überwiegend angeordnet ist.
  2. Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (20) zumindest teilweise einstückig mit dem, insbesondere einstückig ausgebildeten, Zylindergehäuse (18) ausgebildet ist.
  3. Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass am Zylindergehäuse (18) und oder am Statorgehäuse (20) zusätzliche Anbauelemente wie z.B. Verstärkungen oder Versteifungen angegossen oder nach dem Gießen angefügt sind.
  4. Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bauraum (B) auch wenigstens ein Gehäuse (44) eines zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine (14) und zusätzlich zu der elektrischen Maschine (22) vorgesehenen Nebenaggregats (42) der Antriebseinrichtung (10) zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, angeordnet ist.
  5. Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindergehäuse (18) aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
  6. Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindergehäuse (18) durch Druckguss, insbesondere durch überwiegend laminaren Druckguss hergestellt ist.
  7. Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (22) eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebs- oder Nennspannung aufweist, welcher größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist.
  8. Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (10) im Bereich der Hinterachse positioniert ist und zum Antrieb der Hinterräder dient.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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