DE10254701A1 - Antriebseinheit für Zubehör eines Kraftfahrzeuges mit einem Hybridantrieb - Google Patents

Antriebseinheit für Zubehör eines Kraftfahrzeuges mit einem Hybridantrieb

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DE10254701A1
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DE10254701A
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Marci Smith
Greg J Smith
Zheng D Lou
Matthew Breton
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Visteon Global Technologies Inc
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Abstract

Ein Antriebssystem (20) eines Kraftfahrzeugs weist auf: Eine Brennkraftmaschine (22), die eine Kurbelwelle (24) hat, an der ein antreibendes Drehmoment zur Verfügung steht, einen Elektromotor/Generator (30), der einen Stator (32) und einen Rotor (34) aufweist, welcher in Rotation angeordnet ist innerhalb des Stators (32), und der eine Hauptrotorwelle (28) hat, eine erste Kupplung (26), die mit der Kurbelwelle (24) auf einer ersten Seite und mit der Hauptrotorwelle (26) auf einer zweiten Seite in Verbindung steht, um gesteuert die Kurbelwelle (24) der Brennkraftmaschine (22) mit der Hauptrotorwelle (28) zu verbinden, ein Getriebe (42), das eine Haupteingangswelle (40) aufweist, eine zweite Kupplung (38), die auf einer ersten Seite mit der Hauptrotorwelle (28) und auf einer zweiten Seite mit der Haupteingangswelle (40) verbunden ist, um gesteuert die Hauptrotorwelle (28) mit der Haupteingangswelle (40) des Getriebes (42) zu verbinden, eine eingangsseitige Welle (54, 154) des Zubehörantriebs, eine Antriebsvorrichtung (48, 148) für Zubehör, die zwischen der Hauptrotorwelle (28) und der eingangsseitigen Welle (54, 154) des Zubehörantriebs angeordnet ist und ein drehangetriebenes Zubehörteil, das mit der eingangsseitigen Welle (54, 154) des Zubehörantriebs in Verbindung ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge mit Hybridantrieb und insbesondere Hybridantriebsvorrichtung mit zusätzlichen Antriebsmitteln für Zubehör des Fahrzeugs.
  • Konventionelle Fahrzeuge haben eine Brennkraftmaschine bzw. einen Verbrennungsmotor, der ständig in Betrieb ist, solange das Fahrzeug nicht ausgeschaltet ist. Auch wenn das Fahrzeug eine Zeit angehalten ist, läuft die Maschine doch, sie ist aber vom Antriebsstrang getrennt durch eine Kupplung oder einen Drehmomentwandler. Derartige Motoren sind nicht nur dafür ausgelegt, das Fahrzeug anzutreiben, vielmehr treiben sie auch unterschiedliche Zubehörteile des Fahrzeuges an. Zu den Zubehörteilen kann man Teile rechnen wie beispielsweise Wasserpumpen, Kompressoren für Klimaanlagen, Vakuumpumpen und Pumpen für die Servolenkung. Die Zubehörteile werden typischerweise angetrieben von einem frontseitigen Zubehörantrieb, der in Rotation verbunden ist mit der Kurbelwelle des Motors. Bei einer derartigen Anordnung werden die Zubehörteile die ganze Zeit über angetrieben, solange das Fahrzeug eingeschaltet ist, auch dann, wenn das Fahrzeug nicht fährt. Ein Zubehörteil, das nicht kontinuierlich angetrieben werden muß, hat seine eigene Kupplung, um es vom Zubehörantrieb trennen zu können.
  • Es werden aber nun neue Fahrzeuge entwickelt, die nicht nur einen einzigen Motor haben, der dem Fahrantrieb dient. Elektrische Hybridautos insbesondere haben sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor, von denen beide in der Lage sind, das Fahrzeug anzutreiben, dies in Abhängigkeit von den speziellen Umständen des Fahrbetriebs. In einem derartigen Hybridfahrzeug ist der Verbrennungsmotor nicht ständig in Betrieb, während das Fahrzeug selbst in Betrieb ist. Demgemäß ist es nicht länger angebracht, die Zubehörteile für das Fahrzeug mit dem frontseitig angeordneten Zubehörantrieb zu verbinden.
  • Es ist versucht worden, dieses Problem dadurch zu lösen, dass ein Motor oder mehrere Motoren, die speziell ausgelegt sind, diese Zubehörteile antreiben. Ein zusätzlicher Motor addiert sich jedoch zu den Gesamtkosten und zum Gewicht des Kraftfahrzeugs, er macht auch das Problem der Anordnung aller Komponenten schwieriger, insbesondere deshalb, weil nun sowohl eine Brennkraftmaschine (mit einem Brennstoffsystem) als auch ein Elektromotor (mit Batterien) im Fahrzeug untergebracht werden müssen.
  • Es ist daher wünschenswert, ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb zu haben, das in geeigneter Weise Zubehörteile des Fahrzeuges unter den verschiedenen Fahrbedingungen des Fahrzeuges antreibt, auch bei angehaltenem Fahrzeug, und dies mit ausreichender Antriebsleistung, bei geringen Kosten und mit nur minimal benötigtem Konstruktionsraum bzw. -volumen.
  • In Ihren Ausführungsbeispielen schlägt die vorliegende Erfindung ein Antriebssystem für ein Fahrzeug vor, das sowohl einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, die Antriebsdrehmoment abgibt, als auch einen elektrischen Motor/Generator hat, der einen Stator und einen innerhalb des Stators drehbar angeordneten Rotor aufweist, wobei dieser Motor eine Hauptrotorwelle hat. Eine erste Kupplung ist mit der Kurbelwelle auf einer ersten Seite und mit der Hauptrotorwelle auf einer zweiten Seite verbunden, um selektiv die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit der Hauptrotorwelle zu verbinden. Es ist ein Getriebe vorgesehen, das eine Haupteingangswelle hat, eine zweite Kupplung ist mit der Hauptrotorwelle auf einer ersten Seite und der Haupteingangswelle des Getriebes auf einer zweiten Seite verbunden, dadurch kann selektiv die Hauptrotorwelle mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden werden. Ein Antriebsmechanismus für Zubehörteile ist zwischen der Hauptrotorwelle und einer Eingangswelle für Zubehörteile angeordnet, und ein drehangetriebenes Zubehörteil ist mit der Eingangswelle für Zubehörteile 4 verbunden.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein Zubehörteil oder mehrere Zubehörteile angetrieben werden können, wenn das Fahrzeug sich bewegt oder wenn es angehalten ist, ohne dass ein zusätzlicher spezieller Elektromotor benötigt wird, um die Zubehörteile anzutreiben.
  • Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Brennkraftmotor, der Elektromotor oder beide ein Zubehörteil oder mehrere Zubehörteile antreiben können, unabhängig davon, ob das Fahrzeug sich bewegt oder angehalten ist, dies kann durchgeführt werden unabhängig davon, ob das Getriebe ein Getriebe mit kontinuierlich variabler Übersetzung oder ein mehr konventionelles Getriebe mit Getriebeübersetzungsstufen ist.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung ist nicht einschränkend zu verstehen. In der Zeichnung zeigen
  • Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs in Übereinstimmung mit der vorliegende Erfindung und
  • Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, jedoch mit einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 1 illustriert ein Antriebssystem 20 für Hybridantrieb eines Fahrzeuges nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Antriebssystem 20 hat eine Brennkraftmaschine 22, die angetrieben sein kann über Ottokraftstoff, Dieselkraftstoff oder eine andere Art von Kraftstoff. Die Brennkraftmaschine 22 hat eine Anordnung mit einer Kurbelwelle 24, die sich aus ihr erstreckt und zugänglich ist, sie ist in Rotation angetrieben. Diese Kurbelwellenanordnung 24 ist mit der Drehmomenteingangsseite einer ersten Kupplung 26 verbunden. Die Drehmomentausgangsseite dieser ersten Kupplungsanordnung 26 ist mit einer Hauptrotorwelle 28 eines Fahrmotors/Generators 30 in Verbindung. Die erste Kupplung 26 ist von einem Typ, der elektronisch gesteuert werden kann.
  • Der Fahrmotor 30 hat einen Stator 32, der allgemein fest gegenüber dem Fahrzeug angeordnet ist, er ist elektrisch mit einer Batterie 36 verbunden. Dieser Motor hat auch einen Rotor 34, der relativ zum Stator 32 rotieren kann und rotationsmäßig gelagert ist, an der Hauptrotorwelle 28. Die Hauptrotorwelle 28 erstreckt sich nach außen aus dem Motor 30 heraus und ist verbunden mit der Drehmomenteingangsseite einer zweiten Kupplung 38.
  • Diese Anordnung mit der zweiten Kupplung 38 ist vorzugsweise von einem Typ, der ebenfalls elektronisch gesteuert werden kann. Es kann aber auch eine manuell betätigbare Kupplung sein. Man kann feststellen, dass die Hauptrotorwelle 28 nach außen auf beiden Seiten des Rotors 34 vorsteht, dabei wird die Ausgangsseite der ersten Kupplung 26 mit der Eingangsseite der zweiten Kupplung 38 verbunden. Der Drehmomentausgang der zweiten Kupplung 38 ist mit einer Haupteingangswelle 40 eines Getriebes 42 verbunden. Das Getriebe 42 kann ein konventionelles Getriebe mit Zahnrädern sein oder es kann auch ein Getriebe mit kontinuierlicher Übersetzung sein. Das Getriebe 42 hat eine Ausgangswelle 44, die mit dem Rest eines Antriebsstrangs 46 des Fahrzeuges verbunden ist. Dieser Teil des Antriebsstrangs 46 ist unterschiedlich ausgebildet, abhängig davon, ob das Fahrzeug ein frontgetriebenes Fahrzeug oder hinterradgetriebenes Fahrzeug ist, der Antriebsstrang ist aber im allgemeinen konventionell und muß hier nicht weiter erläutert werden.
  • In Rotationsverbindung mit der Hauptrotorwelle 28 steht ein Eingangsteil 50 einer Antriebsvorrichtung 48 für Zubehör. Diese Antriebsvorrichtung 48 für Zubehör ist dargestellt in Verbindung mit der Hauptrotorwelle 28 zwischen dem Motor 30 und der zweiten Kupplung 38, sie kann aber auch verbunden sein mit der Hauptrotorwelle 28 zwischen dem Elektromotor 30 und der ersten Kupplung 26, da dieselbe Hauptrotorwelle 28 sich nach außen an beiden Seiten des Elektromotors befindet. Die Antriebsvorrichtung 48 für Zubehör kann eine von verschiedenen Typen von Vorrichtungen sein, die Drehmoment überträgt und es ermöglicht, dass das Drehmoment und/oder die Umdrehungszahl nach oben und/oder nach unten geändert wird. Beispielsweise kann sie ein Satz von Getrieben sein, eine Anordnung mit Treibriemen (mit fester oder variabler Übersetzung bzw. Untersetzung) oder eine Anordnung mit Zahnrädern und Ketten.
  • Ein Ausgangsteil 52 der Antriebsvorrichtung 48 für Zubehör ist mit dem Eingangsteil 50 verbunden und ist in Verbindung mit einer eingangsseitigen Welle 54 des Zubehörantriebs, welche wiederum verbunden ist mit einer Zubehörkupplung 56. Diese Kupplung 56 verbindet mit dem speziellen Zubehör 58 des Fahrzeugs, das angetrieben werden soll. Die Zubehörkupplung 56 ist ein optionales Teil, ihr Vorhandensein hängt von dem speziellen, anzutreibenden Zubehörteil und dessen gewünschtem Betriebszustand in bezug auf die Betriebszustände des Kraftfahrzeugantriebssystems ab. Das Zubehörteil kann eine Wasserpumpe, ein Kompressor, eine Klimaanlage, eine Vakuumpumpe, eine Luftpumpe, eine Ölpumpe und/oder eine Pumpe einer Servolenkung sein.
  • Das Zubehörteil 58 soll beispielsweise ein Kompressor einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs sein. In Abhängigkeit von der speziellen Ausbildung des verwendeten Getriebes 52 und den gewünschten Betriebsbedingungen des Kompressors 58 der Klimaanlage kann die Kompressorkupplung 56 elektronisch betätigt sein, um in Abhängigkeit von den Anforderungen der Klimaanlage einzukuppeln und auszukuppeln. Wenn dagegen der Kompressor 58 ein Kompressor mit variabler Kapazität ist, der ununterbrochen angetrieben sein kann, ist eine Kupplung nicht nötig, jedenfalls solange als das Getriebe 42 ein Getriebe ist, das es erlaubt, dass die Hauptrotorwelle in derselben Richtung rotiert, unabhängig davon, ob das Fahrzeug rückwärts oder vorwärts fährt. Wenn das Getriebe 42 ein kontinuierlich variables Getriebe ist, das es erfordert, dass die Hauptrotorwelle in eine Richtung rotiert, wenn das Fahrzeug sich nach vorn bewegt, und in der entgegengesetzten Richtung umläuft, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, kann die Kupplung 56 eine Einwegkupplung sein, die nur dann zum Eingriff kommen kann, wenn der Antriebsstrang in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, aber außer Eingriff kommt, wenn der Antriebsstrang in entgegengesetzter Richtung umläuft.
  • Der Betrieb des Hybridenantriebssystems 20 und die unterschiedlichen Wege, über die Zubehörteile 58 angetrieben werden, werden nun im einzelnen beschrieben. Wenn die zweite Kupplung 38 in Eingriff ist, die erste Kupplung 26 aber ausgekuppelt ist, kann der Elektromotor 30 das Getriebe 42 antreiben, das wiederum den Rest des Antriebsstrangs 46 des Fahrzeuges antreibt, sodass das Fahrzeug sich bewegen kann. Der Elektromotor 30 treibt dann auch das Zubehörteil 58 über die Antriebsvorrichtung 48 für Zubehör an. Wenn die erste Kupplung 26 und die zweite Kupplung 38 beide in Eingriff sind, können der Verbrennungsmotor 22 und der Elektromotor 30 zusammen das Getriebe 42 antreiben oder es kann der Verbrennungsmotor 22 das Getriebe 42 und den Elektromotor 30 antreiben, der nun als Generator arbeitet und die Batterie 36 des Kraftfahrzeugs auflädt, solange dieser Antrieb besteht, also beispielsweise das Fahrzeug angetrieben ist. In beiden Fällen wird das Zubehörteil 58 gleichzeitig mit dem Elektromotor und/oder der Brennkraftmaschine angetrieben. Wenn die erste Kupplung 26 im Eingriff ist und die zweite Kupplung 38 freigegeben ist, kann die Brennkraftmaschine 22 umlaufen und den Elektromotor (Generator) 30 antreiben, ohne das Fahrzeug selbst anzutreiben. Das Zubehörteil 58 wird dann ebenso angetrieben, wie der Elektromotor (Generator) 30 angetrieben ist. Wenn es gewünscht ist, kann der Elektromotor auch das Zubehörteil 58 antreiben, ohne dass das Fahrzeug angetrieben wird.
  • Die unterschiedlichen Möglichkeiten für den Antrieb des Zubehörteils 58 sind insbesondere wichtig, wenn das Zubehörteil 58 ein Kompressor einer Klimaanlage ist. Wenn die zweite Kupplung 38 zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe 42 angeordnet ist, kann man das Getriebe 42 vollständig vom Elektromotor 30 und dem Brennkraftmotor 22 trennen, wenn das Fahrzeug anhält, wie beispielsweise bei einem Stop vor einer Ampel, in einem Verkehrsstau oder beim Warten auf einem Parkplatz und kann den Elektromotor oder die Brennkraftmaschine 22 in Betrieb lassen, um den Kompressor 58 der Klimaanlage anzutreiben. Dies ist insbesondere in heißen Klimabereichen wichtig, wo man Wert darauf legt, dass die Klimaanlage kühle Luft auch darin produziert, wenn das Fahrzeug angehalten ist.
  • Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem durch die Hauptrotorwelle 28 zwei Zubehörteile angetrieben werden. Diejenigen Elemente, die dieselben sind wie in der ersten Ausführung, werden mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, Elemente, die geändert oder hinzugefügt sind, werden bezeichnet mit Bezugsziffern im Bereich der Serie 100. Die Brennkraftmaschine 22, der Elektromotor 30 und die Hauptrotorwelle 28, das Getriebe 42, die erste Kupplung 26 und die zweite Kupplung 38 und der Rest des Antriebsstrangs 46 sind dieselben wie im ersten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel kann die Antriebsvorrichtung 148 ihr Antriebsverhältnis ändern, um unterschiedlichen Belastungen von einem oder mehreren Zubehörteilen zu entsprechen. Die eingangsseitige Welle 154 des Zubehörantriebs ist nun nicht nur mit der Kupplung 56 für das erste Zubehörteil 58 verbunden, sondern auch verbunden mit dem Eingang eines Antriebsmechanismus 162 für ein zweites Zubehörteil. Der Ausgang dieses Antriebsmechanismus 162 für ein zweites Zubehörteil ist nun mit einer zweiten eingangsseitigen Welle 164 des Zubehörantriebs verbunden, welche in Verbindung ist mit einem zweiten Zubehörteil 166 des Fahrzeugs. Die jeweiligen Antriebsverhältnisse für die erste Antriebsvorrichtung 148 für Zubehör und für die zweite Antriebsvorrichtung 162 für Zubehör können unterschiedlich sein in Abhängigkeit vom Drehmoment und von der Umdrehungszahl, die von den jeweiligen Zubehörteilen benötigt werden.
  • Wenn auch für das zweite Zubehörteil 166 keine eigene Kupplung für Zubehörteile dargestellt ist, kann eine solche durchaus eingesetzt werden, wenn dies benötigt ist, es ist aber nicht unbedingt erforderlich. Beispielsweise kann, falls das erste Zubehörteil 58 ein Kompressor einer Klimaanlage ist und das zweite Zubehörteil 166 eine Wasserpumpe ist, und wenn es ein kühler Tag ist, bei dem keine Klimaanlage benötigt wird, die Kompressorkupplung 56 ausgekuppelt sein, die Wasserpumpe 166 aber immer noch angetrieben sein, um die Brennkraftmaschine 22 zu kühlen.
  • Und auch wenn die dargestellten Ausführungsbeispiele nur zwei Zubehörteile zeigen, die mit dem System verbunden sind, ist es doch auch möglich, mehr als zwei Zubehörteile anzuschließen und anzutreiben durch die Haupt rotorwelle 28. In der Tat, wenn dies gewünscht wird, kann man den Antriebsmechanismus für das zweite Zubehörteil direkt mit der Hauptrotorwelle verbinden, anstelle ihn über den Antriebsmechanismus für das erste Zubehörteil anzukoppeln. Der Grund für eine solche Abwandlung kann darin liegen, dass die Anordnung der Komponenten innerhalb des Motorraums des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) günstiger ist oder weil die Unterschiede in den Umdrehungszahlen und den Anforderungen an Drehmoment der speziellen Zubehörteile des Kraftfahrzeugs dies erfordern.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben und im Detail erläutert worden, diejenigen, die mit dem hier relevanten Fachgebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, vertraut sind, können einfach feststellen, dass alternative Ausbildungen und Abwandlungen möglich sind, um die Erfindung zu realisieren, wie sie in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims (9)

1. Ein Antriebssystem (20) eines Kraftfahrzeugs weist auf:
eine Brennkraftmaschine (22), die eine Kurbelwelle (24) hat, an der ein antreibendes Drehmoment zur Verfügung steht,
einen Elektromotor/ Generator (30), der einen Stator (32) hat und einen Rotor (34) aufweist, welcher in Rotation angeordnet ist innerhalb des Stators (32), dabei hat der Rotor (34) eine Hauptrotorwelle (28),
eine erste Kupplung (26), die mit der Kurbelwelle (24) auf einer ersten Seite und mit der Hauptrotorwelle (26) auf einer zweiten Seite in Verbindung zum gesteuert steht, um gesteuert die Kurbelwelle (24) der Brennkraftmaschine (22) mit der Hauptrotorwelle (28) zu verbinden,
ein Getriebe (42), das eine Haupteingangswelle (40) aufweist,
eine zweite Kupplung (38), die auf einer ersten Seite mit der Hauptrotorwelle (28) und auf einer zweiten Seite mit der Haupteingangswelle (40) verbunden ist, um gesteuert die Hauptrotorwelle (28) mit der Haupteingangswelle (40) des Getriebes (42) zu verbinden,
eine eingangsseitige Welle (54, 154) des Zubehörantriebs,
eine Antriebsvorrichtung (48, 148) für Zubehör, die zwischen der Hauptrotorwelle (28) und der eingangsseitigen Welle (54, 154) des Zubehörantriebs angeordnet ist und
ein drehangetriebenes Zubehörteil, das mit der eingangsseitigen Welle (54, 154) des Zubehörantriebs in Verbindung ist.
2. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zubehörteil des Kraftfahrzeugs ein Kompressor einer Klimaanlage ist.
3. Das Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich eine Zubehörkupplung (56) aufweist, die zwischen der eingangsseitigen Welle (54, 154) des Zubehörantriebs und dem Kompressor angeordnet ist.
4. Das Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zubehörkupplung (56) eine Einwegkupplung ist und dass das Getriebe (42) ein kontinuierlich variables Übersetzungsgetriebe ist.
5. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine Zubehörkupplung (56) aufweist, die zwischen der eingangsseitigen Welle (54, 154) des Zubehörantriebs und dem Zubehörteil des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
6. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine zweite eingangsseitige Welle (164) des Zubehörantriebs aufweist, die wirkungsverbunden ist mit der Hauptrotorwelle (28) und dass ein zweites Zubehörteil (166) mit dieser zweiten eingangsseitigen Welle (164) des Zubehörantriebs verbunden ist.
7. Das Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine zweite Antriebsvorrichtung (148) für Zubehör aufweist, die zwischen der zweiten eingangsseitigen Welle (164) des Zubehörantriebs und der eingangsseitigen Welle (1 54) angeordnet ist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Zubehörkupplung (56) aufweist, die zwischen der eingangsseitigen Welle (54, 154) des Zubehörantriebs und dem Zubehörteil des Fahrzeugs angeordnet ist.
9. Das Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zubehörteil des Fahrzeuges ein Kompressor einer Klimaanlage ist und dass das zweite Zubehörteil (166) ein Zubehörteil aus der folgenden Liste ist: Eine Wasserpumpe, eine Vakuumpumpe, eine Pumpe einer Servolenkung, eine Luftpumpe und eine Ölpumpe.
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