DE10219695A1

DE10219695A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE10219695A1
Application number: DE10219695A
Authority: DE
Inventors: Hermann Bosch; Roland Kemmler; Juergen Lang; Dietrich Sahm; Hubert Schnuepke
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-20
Also published as: JP2005529265A; US7051823B2; EP1499798B1; JP4026149B2; DE50306041D1; US20050205312A1; WO2003093663A1; EP1499798A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1 und einem Getriebe 2, wobei der Brennkraftmaschine 1 eine Triebwelle 4 zugeordnet ist, dem Getriebe 2 eine Getriebewelle 5 zugeordnet ist, Triebwelle 4 und Getriebewelle 5 miteinander verbunden sind, in der Richtung der Triebwelle 4 bzw. der Getriebewelle 5 freier Bauraum 6 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 2 vorgesehen ist, der Brennkraftmaschine 1 eine elektrische Maschine 3 zugeordnet ist, welche als Starter-Generator betreibbar ist, und der elektrischen Maschine 3 eine Leistungselektronikeinheit 7 zugeordnet ist, wobei die Leistungselektronikeinheit 7 in dem freien Bauraum 6 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der Offenlegungsschrift DE 199 26 612 A1 ist ein Riementrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche eine Kurbelwelle und einen Starter-Generator aufweist. Hierbei ist die Kurbelwelle mit einer ersten Riemenscheibe versehen und der Starter-Generator mit einer zweiten Riemenscheibe. Ein Riemen umspannt die beiden Riemenscheiben.
Aus der Offenlegungsschrift DE 33 32 515 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, der ein Stromrichtergerät zur Ansteuerung zugeordnet ist. Das Stromrichtergerät ist in einem Klemmkasten auf einer planebenen Kontaktfläche eingebaut. Der Klemmkasten ist in der Gehäusewand der elektrischen Maschine vorgesehen.
In Antriebssystemen für Fahrzeuge steht üblicherweise wenig Bauraum für den Einbau von insbesondere fakultativen Komponenten, wie beispielsweise einer Leistungselektronik und/oder einem Starter-Generator, zur Verfügung. Ein zusätzlicher Einbau erfordert oft teure Umkonstruktionen des ursprünglichen Antriebssystems bestehend aus einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe. Eine Fahrzeugbaureihe weist üblicherweise eine breite Brennkraftmaschinen- bzw. Verbrennungsmotoren- und Getriebepalette auf. Wird den Brennkraftmaschinen eine elektrische Maschine, insbesondere ein Starter-Generator zugeordnet, so sind auch hier unterschiedliche Ausführungen von Starter-Generatoren denkbar, um eine flexible Gestaltung der Fahrzeugbaureihe zu ermöglichen. Für kleinvolumige Brennkraftmaschinen werden üblicherweise riemengetriebene elektrische Maschinen eingesetzt, während für großvolumige Brennkraftmaschinen vorzugsweise integrierte elektrische Maschinen eingesetzt werden. Unter einer integrierten elektrischen Maschine ist eine elektrische Maschine zu verstehen, die zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordnet ist. Neben dem Bauraum für die elektrische Maschine muß im Fahrzeug auch noch Bauraum für eine dieser zugeordnete Leistungselektronikeinheit, eventuelle Energiespeicher, Kühleinheiten und weitere elektrische Komponenten vorgesehen sein. Die elektrische Maschine wird vorzugsweise zum Start-Stopp-Betrieb des Kraftfahrzeugs eingesetzt. Der Start-Stopp-Betrieb führt zu einer Verbrauchseinsparung und zu einer Verringerung der Umweltbelastung durch Abgase bzw. Emissionen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine mit möglichst geringem Bauraumbedarf zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine Leistungselektronikeinheit bauraumsparend in das Antriebssystem integriert ist. Dies führt zu einer kompakten Bauweise und Packaging-Vorteilen. Die integrierte Bauweise führt weiterhin zu einer Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit, da nur kurze elektrische Leitungen benötigt werden. Dies ist in modernen Fahrzeugen, die üblicherweise eine Vielzahl von elektrischen Komponenten wie beispielsweise Steuergeräte beinhalten, besonders günstig. Auch bei Antriebssystemen, welche eine große Getriebeglocke aufweisen und welche für ein hohes Startmoment ausgelegt sind, stellt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mehr Bauraum bzw. Volumen für eine Leistungselektronikeinheit zur Verfügung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems und
Fig. 2 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer Zusammenbauzeichnung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems.
In Fig. 1 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Das Antriebssystem weist eine Brennkraftmaschine 1, ein Getriebe 2 und eine elektrische Maschine 3 auf. Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Triebwelle bzw. eine Kurbelwelle 4 zugeordnet. Dem Getriebe 2 ist eine Getriebewelle 5 zugeordnet. Die Triebwelle 4 und die Getriebewelle 5 sind vorzugsweise über eine Kupplung 10 miteinander verbunden. Das Getriebe 2 kann auch einen Wandler bzw. einen Drehmomentwandler umfassen. Das Getriebe 2 kann manuell oder automatisch betrieben werden. In Richtung der Triebwelle 4 bzw. der Getriebewelle 5 ist ein freier Bauraum 6 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 2 vorgesehen. Die elektrische Maschine 3 ist der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet und wird vorzugsweise als Starter-Generator betrieben. Zusätzlich kann die elektrische Maschine 3 auch als Motor betrieben werden und die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs unterstützen (sogenanntes Boosten). Zum Ansteuern der elektrischen Maschine 3 ist eine Leistungselektronikeinheit 7 vorgesehen, welche erfindungsgemäß in dem freien Bauraum 6 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 2 angeordnet ist. Diese Leistungselektronikeinheit 7 umfaßt die üblichen, zum Betreiben einer elektrischen Maschine 3 benötigten Bauelemente, wie beispielsweise Umrichter bestehend aus Halbleiterschaltern (z. B. Transistoren) bzw. Leistungshalbleitern, Freilaufdioden, zusätzliche Leistungshalbleiter, ggf. eine Strom- bzw. Spannungsversorgungsquelle, eventuelle Schutzschalter und elektrische Leitungen. Als Leistungshalbleiter werden bevorzugterweise MOSFETs und/oder IGBTs eingesetzt. Als elektrische Maschine 3 wird üblicherweise eine Drehstrommaschine verwendet. Jede Phase bzw. jeder Rotorstrang der elektrischen Maschine 3 wird typischerweise über Leistungshalbleiter angesteuert, welche als Halbbrücke verschaltet sind.
Die Leistungselektronikeinheit 7 ist vorzugsweise derart gestaltet, dass sie wenigstens teilweise ringförmig ausgeführt ist und die Triebwelle 4 und/oder die Getriebewelle 5 wenigstens teilweise umschließt. Ein nicht dargestelltes Gehäuse der Leistungselektronikeinheit 7 ist vorzugsweise entsprechend ausgebildet.
Die elektrische Maschine 3 ist vorzugsweise über einen Riemen mit der Triebwelle 4 der Brennkraftmaschine 1 triebverbunden. Hierfür weist die Triebwelle 4 typischerweise eine erste, nicht dargestellte Riemenscheibe auf. Der elektrischen Maschine 3 ist eine zweite Riemenscheibe 9 zugeordnet. Der Riemen 8 umspannt diese beiden Riemenscheiben. Es können nicht dargestellte Spannvorrichtungen zum Spannen des Riemens 8 vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform ist die elektrische Maschine 3 vorzugsweise formschlüssig mit einem Gehäuse 8 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Alternativ kann die elektrische Maschine 3 von der Brennkraftmaschine 1 beabstandet im Kraftfahrzeug angeordnet sein.
Die Flexibilität bei der Gestaltung einer Fahrzeugbaureihe kann beispielsweise durch den Einsatz unterschiedlicher elektrischer Maschinen erhöht werden. So ist das Volumen bzw. die Größe des freien Bauraums 6 vorzugsweise derart gewählt, dass bei Verwendung einer integrierten elektrischen Maschine anstelle einer riemengetriebenen elektrischen Maschine 3, diese zusätzlich oder anstelle der Leistungselektronikeinheit 7 in den freien Bauraum 6 integriert werden kann. Diese flexible Ausnutzung des freien Bauraums 6 gestattet es innerhalb einer Fahrzeugbaureihe beispielsweise unterschiedliche Systeme zur. Realisierung eines Start-Stopp-Betriebs einzusetzen. Neben Packaging-Vorteilen führt dies ebenfalls zu Kostenvorteilen, da ein Umstrukturieren eines Antriebsstranges bzw. Antriebssystems vermieden werden kann, welches hohe Kosten verursachen würde.
In der Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Ausschnitts einer Zusammenbauzeichnung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Funktionell gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Fig. 1. Wie schon in der Fig. 1 dargestellt, ist zwischen der Brennkraftmaschine 1 bzw. dessen Gehäuse 8 und zwischen dem Getriebe 2 bzw. dessen Gehäuse 9 eine feststehende Leistungselektronikeinheit 7 vorgesehen. Die der Brennkraftmaschine 1 zugeordnete Triebwelle bzw. Kurbelwelle 4 und die dem Getriebe 2 zugeordnete Getriebewelle 5 sind vorzugsweise mittels eines Zwischenflansches 11 und einer Kupplung 10 verbunden. Die Leistungselektronikeinheit 7 ist vorzugsweise wenigstens teilweise ringförmig ausgebildet und umschließt bevorzugterweise die Verbindungsstelle von Triebwelle 4 und Getriebewelle 5 wenigstens teilweise. Es ist eine Befestigung 12 vorgesehen, welche die Leistungselektronikeinheit 7 an dem Verbrennungsmotorgehäuse 8 befestigt. In dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann vorzugsweise zwischen Leistungselektronikeinheit 7 und Kupplung 10 ein Schwungrad 13 vorgesehen sein, welches der Erhöhung der Gleichförmigkeit der Rotationsbewegung der Wellen bzw. der Erhöhung des Massenträgheitsmomentes dienen kann. Die Leistungselektronikeinheit 7 weist vorzugsweise eine Kühleinheit auf, von welcher in der Fig. 2 beispielhaft Kühlkanäle 15 und ein Kühlmittelübertritt 14 dargestellt sind. Die Kühlung erfolgt vorzugsweise mittels Luft- und/oder Wasserkühlung.
Zusätzlich zu der Leistungselektronikeinheit 7 können in dem freien Bauraum 6 bevorzugterweise variantenabhängig ein zusätzlicher, nicht dargestellter Leistungs- bzw. Energiespeicher, ein nicht dargestellter Leistungsschalter bzw. ein Schaltelement, beispielsweise ein Schutzschalter, ein nicht dargestellter DC/DC-Wandler und weitere, insbesondere elektrische Komponenten, z. B. ein Steuergerät bzw. eine Steuereinheit integriert sein. Als Leistungs- bzw. Energiespeicher kann vorzugsweise ein sogenannter Ultracap-Kondensator und/oder eine Zusatzbatterie eingesetzt werden, welche zusätzlich zu der üblicherweise im Fahrzeug enthaltenen, im Bordnetz integrierten Fahrzeugbatterie vorgesehen sein kann. Die elektrische Maschine 3 ist derart ausgeführt, dass sie auch als Generator betrieben werden kann, um beispielsweise die beim Abbremsen des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine 1 freiwerdende Bremsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Diese elektrische Energie wird vorzugsweise über einen DC/DC-Wandler in ein Fahrzeugbordnetz und/oder in einen Leistungs- bzw. Energiespeicher gespeist (sogenannte Rekuperation).
Zusätzlich zu der Leistungselektronikeinheit 7 kann in dem freien Bauraum 6 eine zweite, nicht dargestellte elektrische Maschine vorgesehen sein, welche vorzugsweise zum Starten der Brennkraftmaschine 1 dient. Diese zweite elektrische Maschine wird auch als Zusatzstarter bezeichnet. Die zweite elektrische Maschine ist vorzugsweise formschlüssig mit der Leistungselektronikeinheit 7 verbunden. Die zur Ansteuerung dieser zweiten elektrischen Maschine benötigten Leistungshalbleiter bzw. Halbleiterelemente, insbesondere ein Umrichter, können in der Leistungselektronikeinheit integriert sein. Die zweite elektrische Maschine ist vorzugsweise an dem radial am weitesten von der Triebwelle 4 bzw. der Getriebewelle 5 entferntesten Punkt bzw. an der radial am weitesten entferntesten Seite der Leistungselektronikeinheit 7 angeordnet.

Claims

1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1) und einem Getriebe (2), wobei

- der Brennkraftmaschine (1) eine Triebwelle (4) zugeordnet ist,

- dem Getriebe (2) eine Getriebewelle (5) zugeordnet ist,

- Triebwelle (4) und Getriebewelle (5) miteinander verbunden sind,

- in der Richtung der Trieb- (4) bzw. der Getriebewelle (5) freier Bauraum (6) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem Getriebe (2) vorgesehen ist,

- der Brennkraftmaschine (1) eine elektrische Maschine (3) zugeordnet ist, welche als Starter/Generator betreibbar ist, und

- der elektrischen Maschine (3) eine Leistungselektronikeinheit (7) zugeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikeinheit (7) in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) über einen Riemen (8) mit der Triebwelle (4) der Brennkraftmaschine (1) triebverbunden ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikeinheit (7) wenigstens teilweise ringförmig ausgeführt ist und die Triebwelle (4) und/oder die Getriebewelle (5) wenigstens teilweise umschließt.

4. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) formschlüssig mit einem Gehäuse (8) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.

5. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Schaltelement in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.

6. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Energiespeicher in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.

7. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein DC/DC-Wandler in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.

8. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikeinheit (7) eine Kühleinheit (14, 15) aufweist.

9. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine zweite elektrische Maschine zum Starten der Brennkraftmaschine (1) in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.

10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dass die zweite elektrischen Maschine formschlüssig mit der Leistungselektronikeinheit (7) verbunden ist.