DE10207699A1 - Antrieb für ein Kraftfahzeug - Google Patents

Antrieb für ein Kraftfahzeug

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1, von deren Kurbelwelle über einen Kurbelwellen-Starter-Generator 2, eine Kupplung 3, ein Getriebe und eine Abtriebswelle Räder des Kraftfahrzeugs drehbar antreibbar sind. Eine Vorrichtung zur Drehrichtungsänderung der Brennkraftmaschine 1 weist eine Steuervorrichtung 7 auf, welcher von einem Fahrgeschwindigkeitssensor ein Fahrgeschwindigkeitssignal 9 und einem Fahrtrichtungsschalter ein Fahrtrichtungsänderungssignal 6, 6' zuleitbar sind. Von der Steuervorrichtung 7 ist ein Drehrichtungsumsteuersignal 10 an eine Drehrichtungsumsteuereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine 1 und ein Betätigungssignal einer Kupplungsbetätigungseinrichtung zum Öffnen oder Schließen der Kupplung 3 zuleitbar, durch die ein Drehmoment in beide Drehrichtungen übertragbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, von deren Kurbelwelle über einen Kurbelwellen-Starter-Generator, mindestens eine Kupplung oder einen Drehmomentwandler, ein Getriebe und eine Abtriebswelle Räder des Kraftfahrzeugs drehbar antreibbar sind.
  • Ein Antrieb der eingangs genannten Art ist aus der DE 198 01 792 A1 bekannt. Dabei dient der Kurbelwellen-Starter-Generator nicht nur zum Starten des Motors, sondern es wird auch die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs beim Rollen und Bremsen zu einer Bordnetzversorgung nutzbar gemacht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es einen Antrieb und ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebs der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau, geringem Bauraum und geringem Gewicht in einfacher Weise einen Wechsel der Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Drehrichtungsänderung der Brennkraftmaschine vorhanden ist, die eine Steuervorrichtung aufweist, welcher von einem Fahrgeschwindigkeitssensor ein Fahrgeschwindigkeitssignal und von einem Fahrtrichtungsschalter ein Fahrtrichtungsänderungssignal zuleitbar sind und von der ein Drehrichtungsumsteuersignal an eine Drehrichtungsumsteuereinrichtung der Brennkraftmaschine und ein Betätigungssignal entweder einer Kupplungsbetätigungseinrichtung zum Öffnen oder Schließen der Kupplung zuleitbar ist, durch die ein Drehmoment in beide Drehrichtungen übertragbar ist, oder einer Überholkupplung des Drehmomentwandlers zum Überbrücken der Überholkupplung zuleitbar ist.
  • Soll dieser Antrieb von Vorwärtsfahrt in Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden, so benötigt das Getriebe dazu keinen Rückwärtsgang. Der Richtungswechsel erfolgt in einfacher Weise durch eine Änderung der Drehrichtung der Brennkraftmaschine. Dies ist problemlos möglich, da das Kraftfahrzeug zum Fahrtrichtungswechsel kurzzeitig zum Stillstand kommen muß. In dieser Zeit wird die Brennkraftmaschine gestoppt und unmittelbar darauf in die Gegenrichtung wieder gestartet. Das Abbremsen der Brennkraftmaschine und das Starten in entgegengesetzter Richtung erfolgt hinreichend schnell und komfortabel in der gleichen Zeit, die von einem Fahrer benötigt würde, um den Rückwärtsgang einzulegen.
  • Der Kurbelwellen-Starter-Generator ermöglicht es in seinem motorischen Betrieb die Brennkraftmaschine auf ihre Mindestdrehzahl zu beschleunigen, ab der der Verbrennungsprozeß zuverlässig abläuft. Dies erfolgt mit dem leistungsstärkeren Kurbelwellen-Starter-Generator in Bruchteilen von Sekunden, was aufgrund der extrem kurzen Zeit von dem Fahrer wie das Einschalten der Brennkraftmaschine empfunden wird.
  • Durch den Entfall des Rückwärtsganges im Getriebe wird in dem Getriebe Bauraum und Gewicht gespart, da eine Welle mit Zahnrad, Lagerung und der für den Rückwärtsgang erforderlichen Schaltvorrichtung entfällt.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Fahrtrichtungsänderung auch bei leicht rollendem Kraftfahrzeug ohne Komforteinbuße durchgeführt werden kann. Da bei den heutigen Kraftfahrzeugen der Rückwärtsgang unsynchronisiert ist, würden beim Einlegen des Rückwärtsganges bei langsam rollendem Kraftfahrzeug starke Geräusche und Verschleiß an den Klauenkupplungen verursacht werden. Die Drehzahlanpassung geschieht bei dem erfindungsgemäßen Antrieb reibschlüssig und komfortabel über die als Trenn- und Anfahrkupplung ausgebildete Kupplung. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Antriebes bei Arbeitsfahrzeugen wie Krane, Baggern oder Ackerschleppern kann in beiden Fahrtrichtungen gleich schnell gefahren werden.
  • Das Getriebe kann ein Einganggetriebe oder aber auch ein Wechselgetriebe mit mehreren Gängen sein.
  • Weiterhin kann die Momenten- und Leistungscharakteristik in beiden Drehrichtungen der Brennkraftmaschine gleich oder ungleich sein.
  • Zum Umschalten des Betriebs der Brennkraftmaschine von einer Drehrichtung in die andere kann die Drehrichtungsumsteuereinrichtung durch Änderung der Ventilöffnungszeiten der Einlassventile und Auslassventile der Brennkraftmaschine die Drehrichtung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verändern. Dabei ist die Ventilsteuerung vorzugsweise variabel, damit die Steuerzeiten für die entgegengesetzte Drehrichtung korrekt einstellbar sind.
  • Dies ist auf einfache Weise entweder dadurch möglich, dass die Nocken der Nockenwelle verstellbar sind oder dass die Drehrichtung der Nockenwelle umkehrbar ist.
  • Eine weitere, komfortable Möglichkeit besteht darin, dass die Einlassventile und die Auslassventile einen elektrischen Ventiltrieb besitzen, der mit änderbaren Ventilsteuerzeiten ansteuerbar ist.
  • Zur Umschaltung der Drehrichtung der Brennkraftmaschine kann in ebenfalls einfacher Weise durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung eine Zündvorrichtung der Brennkraftmaschine auf eine Zündung so weit vor dem Zeitpunkt, an dem ein Kolben der Brennkraftmaschine den oberen Totpunkt erreichen würde, umschaltbar sein.
  • Weiterhin kann auch durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung der Anschluß der Einlassventile von einem Frischlufteinlaß auf einen Abgasauslass und der Anschluss der Auslassventile von einem Abgasauslass auf einen Frischlufteinlass umschaltbar sein.
  • Um dabei zu vermeiden, dass nach einem Umschalten Abgas in einen Luftfilter geblasen wird, kann der Anschluss der Einlassventile von einem Umschaltventil umschaltbar sein, das zwischen einem Luftfilter und den Einlassventilen angeordnet ist. Damit wird auch bei einer Rückwärtsfahrt stets gereinigte Frischluft in den Motor angesaugt.
  • Weiterhin kann der Anschluss der Auslassventile von einem weiteren Umschaltventil umschaltbar sein, das zwischen einem Katalysator und den Auslassventilen angeordnet ist, so dass keine kalte Frischluft durch den heißen Katalysator gezogen wird und diesen abkühlt. Bei der Rückwärtsfahrt strömt somit stets das Abgas durch den Katalysator in die Umgebung ab.
  • Um das Kraftfahrzeug während des Umsteuervorganges auch an einer Steigung sicher festzusetzen, kann von der Steuervorrichtung ein Feststellsignal einer Feststellbremse des Kraftfahrzeugs zuleitbar sein.
  • Das Getriebe kann jede beliebige Bauform aufweisen. Insbesondere kann das Getriebe ein Wechselgetriebe sein, das als ein Handschaltgetriebe oder ein Lastschaltgetriebe oder ein automatisches Getriebe oder ein stufenloses Getriebe ausgebildet ist, und keinen Rückwärtsgang besitzt. Bei einem Lastschaltgetriebe kann eine Doppelkupplung verwendet sein.
  • Um bei Rückwärtsfahrt zu hohe Geschwindigkeiten zu unterbinden, kann das Wechselgetriebe eine Sperreinrichtung aufweisen, durch die ein oder mehrere höhere Gänge des Wechselgetriebes sperrbar sind.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe bei einem Verfahren zum Betrieb eines Antriebs mit einer Kupplung, kann bei Vorliegen eines Fahrgeschwindigkeitssignals von Null oder nahe Null und einem Fahrtrichtungsänderungssignal die Kupplung geöffnet und die Brennkraftmaschine gestoppt werden, anschließend die Drehrichtung der Brennkraftmaschine durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung umgesteuert, die Brennkraftmaschine von dem Kurbelwellen-Starter-Generator in die umgesteuerte Drehrichtung gestartet und die Kupplung geschlossen werden.
  • Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Antriebs mit einem Drehmomentwandler kann bei Vorliegen eines Fahrgeschwindigkeitssignals von Null oder nahe Null und einem Fahrtrichtungsänderungssignal die Brennkraftmaschine gestoppt werden, anschließend die Drehrichtung der Brennkraftmaschine durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung umgesteuert, bei Rückwärtsfahrt die Überholkupplung des Drehmomentwandlers überbrückt und die Brennkraftmaschine von dem Kurbelwellen- Starter-Generator in die umgesteuerte Drehrichtung gestartet werden.
  • Die Überbrückung der Überholkupplung bei Rückwärtsfahrt ist erforderlich, da der Drehmomentwandler nur in eine Drehrichtung ein Moment übertragen kann. Durch diese Überbrückung entsteht eine starre Verbindung des Kurbelwellen-Starter- Generators mit dem Getriebe, wobei die Überbrückung dosierbar sein muß, um ein geregeltes Rückwärtsfahren zu ermöglichen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebs.
  • Der dargestellte Antrieb besitzt eine Brennkraftmaschine 1, durch deren nicht dargestellte Kurbelwelle bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ein Kurbelwellen-Starter- Generator 2 antreibbar oder die über die Kurbelwelle von dem Kurbelwellen-Starter- Generator 2 bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine 1 antreibbar ist.
  • Dem Kurbelwellen-Starter-Generator 2 ist eine als Trenn- und Anfahrkupplung dienende und als Reibungskupplung ausgebildete Kupplung 3 nachgeschaltet, über die die Drehbewegung der Kurbelwelle auf ein Wechselgetriebe 4 ohne Rückwärtsgang übertragbar oder von dem Wechselgetriebe 4 trennbar ist. Dieses Wechselgetriebe 4 ist dazu geeignet in beide Drehrichtungen ein Drehmoment zu übertragen.
  • Von einem Fahrer 5 kann ein Fahrtrichtungsänderungssignal 6, 6' einer Steuervorrichtung 7 zugeleitet werden, wobei das Fahrtrichtungsänderungssignal 6 durch unmittelbare Betätigung eines nicht dargestellten Fahrtrichtungsschalters ausgelöst werden kann. Alternativ kann das Fahrtrichtungsänderungssignal 6' aber auch durch Betätigung eines Gangwahlhebels 8 ausgelöst werden, der wiederum einen nicht dargestellten Fahrtrichtungsschalter betätigt.
  • Weiterhin wird der Steuervorrichtung 7 von einem nicht dargestellten Fahrtrichtungssensor ein Fahrgeschwindigkeitssignal 9 zugeleitet.
  • Liegt der Steuervorrichtung 7 von dem Fahrgeschwindigkeitssensor ein Fahrgeschwindigkeitssignal von Null oder nahe Null vor, so dass das Kraftfahrzeug zumindest weitgehend steht, so dass kein Richtungswechsel bei voller Fahrt möglich ist, und liegt weiterhin von dem Fahrer 5 ausgelöst ein Fahrtrichtungsänderungssignal 6 oder 6' vor, so erzeugt die Steuervorrichtung 7 ein Drehrichtungsumsteuersignal 10, das als Betätigungssignal einem als Kupplungsbetätigungseinrichtung dienenden Aktuator 14 der Kupplung 3 und einer Drehrichtungsumsteuereinrichtung 10 zugeleitet wird, die einen Ventiltrieb für die Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine aufweist, wobei ein Frischlufteinlass 15 von der Umgebung zu den Einlassventilen führt und ein Abgasauslass 16 von den Auslassventilen zur Umgebung führt.
  • Die automatische Kupplungsbetätigung durch den Aktuator 14 verhindert eine unbeabsichtigte Fahrzeugbewegung während eines Umsteuervorgangs.
  • Gleichzeitig wird von der Steuervorrichtung 7 ein Feststellsignal 12 einer Feststellbremse 13 des Kraftfahrzeugs zugeleitet und die Feststellbremse 13 zum Bremsen des Kraftfahrzeugs betätigt.
  • Von dem Aktuator wird die Kupplung geöffnet. Gleichzeitig wird durch den Kurbelwellen-Starter-Generator 2 die Brennkraftmaschine 1 bis zu ihrem Stillstand heruntergebremst. Von der Drehrichtungsumsteuereinrichtung 11 werden die Nocken einer nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 verstellt, wodurch die Ventilöffnungszeiten der Einlassventile und Auslassventile der Brennkraftmaschine 1 so geändert werden, dass die Drehrichtung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 sich umkehrt.
  • Nun wird von dem Kurbelwellen-Starter-Generator 2 die Brennkraftmaschine 1 wieder gestartet und der Aktuator 14 die Kupplung 3 schließend sowie die Feststellbremse 13 lösend von der Steuervorrichtung 7 angesteuert, so dass das Kraftfahrzeug nun in umgekehrter Fahrtrichtung angetrieben wird. Bezugszeichenliste 1 Brennkraftmaschine
    2 Kurbelwellen-Starter-Generator
    3 Kupplung
    4 Wechselgetriebe
    5 Fahrer
    6 Fahrtrichtungsänderungssignal
    6' Fahrtrichtungsänderungssignal
    7 Steuervorrichtung
    8 Gangwahlhebel
    9 Fahrgeschwindigkeitssignal
    10 Drehrichtungsumsteuersignal
    11 Drehrichtungsumsteuereinrichtung
    12 Feststellsignal
    13 Feststellbremse
    14 Aktuator
    15 Frischlufteinlass
    16 Abgasauslass

Claims (14)

1. Antrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, von deren Kurbelwelle über einen Kurbelwellen-Starter-Generator, eine Kupplung oder einen Drehmomentwandler, mindestens ein Getriebe und eine Abtriebswelle Räder des Kraftfahrzeugs drehbar antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Drehrichtungsänderung der Brennkraftmaschine (1) vorhanden ist, die eine Steuervorrichtung (7) aufweist, welcher von einem Fahrgeschwindigkeitssensor ein Fahrgeschwindigkeitssignal (9) und von einem Fahrtrichtungsschalter ein Fahrtrichtungsänderungssignal (6, 6') zuleitbar sind und von der ein Drehrichtungsumsteuersignal (10) an eine Drehrichtungsumsteuereinrichtung (11) der Brennkraftmaschine (1) und ein Betätigungssignal entweder einer Kupplungsbetätigungseinrichtung zum Öffnen oder Schließen der Kupplung (3) zuleitbar ist, durch die ein Drehmoment in beide Drehrichtungen übertragbar ist, oder einer Überholkupplung des Drehmomentwandlers zum Überbrücken der Überholkupplung zuleitbar ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung (11) die Ventilöffnungszeiten der Einlassventile und Auslassventile der Brennkraftmaschine (1) die Drehrichtung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (1) ändernd steuerbar sind.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken der Nockenwelle verstellbar sind.
4. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Nockenwelle umkehrbar ist.
5. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventile und die Auslassventile einen elektrischen Ventiltrieb besitzen, der mit änderbaren Ventilsteuerzeiten ansteuerbar ist.
6. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung eine Zündvorrichtung der Brennkraftmaschine auf eine Zündung so weit vor dem Zeitpunkt, an dem ein Kolben der Brennkraftmaschine den oberen Totpunkt erreichen würde, umschaltbar ist.
7. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung der Anschluß der Einlassventile von einem Frischlufteinlass auf einen Abgasauslass und der Anschluss der Auslassventile von einem Abgasauslass auf einen Frischlufteinlaß umschaltbar ist.
8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss der Einlassventile von einem Umschaltventil umschaltbar ist, das zwischen einem Luftfilter und den Einlaßventilen angeordnet ist.
9. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss der Auslassventile von einem weiteren Umschaltventil umschaltbar ist, das zwischen einem Katalysator und den Auslassventilen angeordnet ist.
10. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuervorrichtung ein Feststellsignal (12) einer Feststellbremse (13) des Kraftfahrzeugs zuleitbar ist.
11. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Wechselgetriebe (4) ist, das als ein Handschaltgetriebe oder ein Lastschaltgetriebe oder ein automatisches Getriebe oder ein stufenloses Getriebe ausgebildet ist und keinen Rückwärtsgang besitzt.
12. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselgetriebe eine Sperreinrichtung aufweist, durch die ein oder mehrere höhere Gänge des Wechselgetriebes sperrbar sind.
13. Verfahren zum Betrieb eines Antriebs mit einer Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Fahrgeschwindigkeitssignals (9) von Null oder nahe Null und einem Fahrtrichtungsänderungssignal (6, 6') die Kupplung (3) geöffnet und die Brennkraftmaschine (1) gestoppt wird, dass anschließend die Drehrichtung der Brennkraftmaschine (1) durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung (11) umgesteuert, die Brennkraftmaschine (1) von dem Kurbelwellen-Starter-Generator (2) in die umgesteuerte Drehrichtung gestartet und die Kupplung (3) geschlossen wird.
14. Verfahren zum Betrieb eines Antriebs mit einem Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Fahrgeschwindigkeitssignals von Null oder nahe Null und einem Fahrtrichtungsänderungssignal die Brennkraftmaschine gestoppt wird, dass anschließend die Drehrichtung der Brennkraftmaschine durch die Drehrichtungsumsteuereinrichtung umgesteuert, bei Rückwärtsfahrt die Überholkupplung des Drehmomentwandlers überbrückt und die Brennkraftmaschine von dem Kurbelwellen- Starter-Generator in die umgesteuerte Drehrichtung gestartet wird.
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