DE19625022A1 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben derselben gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.

Eine Antriebsanordnung mit einer als Startergenerator ausgebildeten Elektromaschine ist beispielsweise aus der DE 33 35 923 A1 bekannt. Bei dieser ist eine erste, zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine angeordnete Trennkupplung vorgesehen, die zum Abtrennen der Brennkraftmaschine aus dem Antriebsstrang beispielsweise zur Durch­ führung eines rein elektromotorischen Antriebs oder zur Durchführung von antriebslosen Schubbetriebsphasen des Kraftfahrzeuges dient. Eine zweite Kupplung, mit der der Rotor der Elektromaschine mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist, ist in unmittelbarer Nähe des Getriebes angeordnet. Eine dritte Kupplung, die getriebeseitig von der Elektromaschine zwischen der ersten und der zweiten Kupplung plaziert ist, dient zur Einkupplung des dreh­ bar gelagerten Feldteils (Stator) der Elektromaschine und damit zur wahlweisen Erhöhung der Drehmasse in der Antriebsanordnung. Die Rotationsenergie dieser Drehmasse kann zum Wiederstart der Brennkraftmaschine am Ende von Schubbetriebsphasen oder nach Stillstandzeiten des Kraftfahrzeuges durch Schließen der ersten und der dritten Kupplung genutzt werden.

Außerdem ist allgemein bekannt, daß bei konventionellen Antriebssträngen die Getriebe­ eingangswelle über eine Anfahrkupplung mit der Kurbelwelle oder mit dem Schwungrad der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Üblicherweise wird auch eine in dem Getriebe befindli­ che, der Anfahrkupplung antriebstechnisch vorgelagerte Getriebeölpumpe direkt oder in­ direkt von der Getriebeeingangswelle derart angetrieben, daß auch bei geöffneter Anfahr­ kupplung die Ölpumpe angetrieben und so bei laufender Brennkraftmaschine eine Ölversor­ gung des Getriebes sichergestellt ist.

Soll ein derartiger Antriebsstrang mit einer Startergenerator-Einheit ausgestattet werden, so ergibt sich bei Nutzung der Anfahrkupplung für diese Startergenerator-Einheit das Problem, daß immer dann, wenn die Brennkraftmaschine durch Schließen der zwischen der Brenn­ kraftmaschine und dem Rotor der Startergenerator-Einheit angeordneten Kupplung elektro­ motorisch gestartet werden soll, auch die eine sehr große Leistungsaufnahme aufweisende Getriebeölpumpe mit angetrieben werden muß. Dies belastet einerseits die in dem Kraftfahr­ zeug angeordnete und mit der Startergenerator-Einheit verbundene elektrische Batterie, andererseits erfordert dies eine deutlich leistungsstärkere Elektromaschine, als dies für den eigentlichen Startergenerator-Betrieb notwendig ist.

Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe an die Erfindung darin, eine Antriebsanordnung mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe und einer Startergeneratoreinheit vorzustellen, bei der einerseits eine leistungsarme Elektromaschine in der Startergeneratoreinheit nutzbar ist und andererseits der Antrieb der Getriebeölpumpe gewährleistet werden kann, wenn das Kraftfahrzeug im Stillstand befindlich ist und der Anfahrvorgang unmittelbar bevorsteht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich für die Antriebsanordnung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie für das Verfahren aus den Merkmalen des Patent­ anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die vorgeschlagene Antriebsanordnung umfaßt demgemäß insgesamt drei Kupplungen, wovon eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Rotor der Startergenerator-Maschi­ ne, eine weitere zwischen dem Rotor und dem Antrieb der Getriebeölpumpe und eine dritte Kupplung antriebstechnisch hinter dem Antrieb für die Getriebeölpumpe und vor der eigentli­ chen Übersetzungsveränderungsvorrichtung des Getriebes angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ergeben für die verschiedenen Betriebsarten eines mit einem derartigen Antriebs­ strang ausgestatteten Kraftfahrzeuges eine ganze Reihe von Vorteilen. So kann beispiels­ weise beim Erststart der Brennkraftmaschine nach einer Stillstandphase dieselbe durch Schließen der ersten Kupplung und Nutzung des Schwungmomentes des Rotors der Elek­ tromaschine angeworfen werden, ohne das bei geöffneter zweiter Kupplung während dieses Startvorgangs auch die Getriebeölpumpe mit angetrieben werden muß. Dies hat den Vorteil, daß die Elektromaschine nur auf den Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine und nicht zusätzlich noch auf den Leistungsbedarf der Getriebeölpumpe ausgerichtet sein muß. Die Elektromaschine kann daher vergleichsweise leistungsschwach, klein und damit kosten­ günstig ausgebildet werden. Zusätzlich ermöglicht die gewählte Antriebsanordnung ein Betrieb der Getriebeölpumpe noch bevor die Übersetzungsveränderungsvorrichtung des Getriebes in Betrieb gesetzt wird. Dazu wird bei einem Erststart zunächst durch das Schlie­ ßen der ersten Kupplung und der oben beschriebenen Nutzung des Schwungmomentes des Rotors die Brennkraftmaschine angelassen und anschließend von den beiden bis dahin geöffneten folgenden Kupplung die zweite geschlossen, so daß die Getriebeölpumpe zur Verteilung des Getriebeöls über die bewegbaren Bauteile der Übersetzungsveränderungs­ vorrichtung des Getriebes in Betrieb gesetzt wird. Erst nach dem sichergestellt ist, daß eine ausreichende Getriebeölversorgung stattgefunden hat, wird dann die der Antriebseinrichtung für die Getriebeölpumpe antriebstechnisch nachgeordnete dritte Kupplung geschlossen, so daß die Übersetzungsveränderungsvorrichtung angetrieben und das Kraftfahrzeug in Bewe­ gung gesetzt werden kann.

Schließlich kann durch die gewählte Antriebsanordnung auch sichergestellt werden, daß bei antriebslosen Schubbetriebsphasen, das heißt bei geöffneter erster Kupplung und still­ gesetzter Brennkraftmaschine sowie bei geschlossener zweiter und dritter Kupplung die Getriebeölpumpe angetrieben und so die über die Räder und das Differentialgetriebe sozu­ sagen von hinten angetriebenen sich bewegenden Teiler der Getriebeübersetzungsverände­ rungsvorrichtung mit Getriebeöl versorgt werden. Außerdem stellt diese Betriebsweise sicher, daß bei einer solchen antriebslosen Schubbetriebsphase und geschlossener zweiter und dritter Kupplung die Elektromaschine im generatorischen Betrieb zur Aufladung der Fahrzeugbatterie genutzt werden kann. Erst dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit so weit abgenommen hat, daß die Drehzahl des Rotors der Elektromaschine einen Grenzwert unterschritten hat, wird die zweite Kupplung geöffnet, so daß bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine während der Schubbetriebsphase oder aus dem Stillstand heraus die Brennkraftmaschine allein durch Schließen der ersten Kupplung und Ausnutzung der Rota­ tionsenergie des Rotors der Elektromaschine startbar ist.

Bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung ist es besonders vorteilhaft, wenn die als Anfahrkupplung ausgebildete dritte Kupplung innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist. Bei dem Getriebe selbst kann es sich um einen Stirnradgetriebe, ein Planetengetriebe oder ein stufenloses, vorzugsweise ein stufenloses Kegelscheibenumschlingungsgetriebe handeln.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Antriebsanordnung sowie das Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antriebsanordnung läßt sich mit Hilfe einer der Beschreibung beigefügten Zeichnung erläutern. In dieser Zeichnung ist mit 1 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Schwungmasse in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen in der Drehmasse des Rotors 5 einer an sich bekannten Startergenerator-Elektromaschine 6 konzentriert ist. Die Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine 1 ist über eine Trennkupplung 12 mit diesem Rotor 5 verbindbar. Neben dem Rotor 5 verfügt die Startergenerator-Elektromaschine 6 außerdem über wenigstens ein Feldteil (Stator 17) dessen elektrische Wicklungen entweder direkt mit einem ohmschen Verbraucher 20 oder über ein auch als Gleichrichter dienendes Steuergerät 18 mit einer Fahrzeugbatterie 19 in an sich bekannter Weise verbunden ist.

Getriebeseitig ist der Rotor 5 der Elektromaschine 6 über eine zweite Trennkupplung 13 mit der Getriebeeingangswelle 3 verbunden, die über einen Antrieb 7 eine Getriebeölpumpe 14 antreibt. Bei diesem Antrieb 7 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um zwei mit­ einander kämmende Zahnräder 8, 9, wobei letzteres entweder direkt oder auf einer Neben­ welle 10 befindlich die Getriebeölpumpe 14 antreibt.

Die Antriebsvorrichtung 7 befindet sich zusammen mit der Getriebeölpumpe 14, der dritten Kupplung 11 und der Übersetzungsveränderungsvorrichtung 15 vorteilhafterweise innerhalb des Gehäuses 16 des Getriebes 2. Die dritte Kupplung 11 ist als Anfahrkupplung ausgebil­ det und antriebstechnisch zwischen dem Antrieb 7 für die Getriebeölpumpe 14 und der Übersetzungsveränderungsvorrichtung 15 angeordnet. Bei der Übersetzungsveränderungs­ vorrichtung 15 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um ein stufenloses Kegel­ scheibenumschlingungsgetriebe, das hier nur schematisch mit seinen wesentlichen Kompo­ nenten erster Kegelscheibensatz 21, zweiter Kegelscheibensatz 22 und flexibles Übertra­ gungsmittel 23 dargestellt ist. Auf der Abtriebsseite des Getriebes ist eine Getriebeabtriebs­ welle 24 vorgesehen, auf der einerseits der zweite Kegelscheibensatz 22 angeordnet ist und die andererseits mit einem Differentialgetriebe 25 verbunden ist. Von letzterem gehen Achs­ wellen 26, 27 aus, die Antriebsräder 28, 29 antreiben.

Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung erlaubt die an sich bekannte Betriebsweise von Startergenerator-Elektromaschinen in Kraftfahrzeugen. Dazu gehört beispielsweise, daß bei geschlossener Trennkupplung 12 und geöffneter Trennkupplung 13 die Brennkraftmaschine 1 durch Zuschaltung der Schwungmasse des sich drehenden Rotors 5 der Elektromaschine 6 gestartet werden kann. Dabei ist es während dieses Startvorgangs vorteilhafterweise nicht notwendig, daß die Getriebeölpumpe 14 über die Getriebeeingangswelle 3 und den Antrieb 7 angetrieben wird. Außerdem ist es natürlich möglich, daß etwa bei Bergabfahrten antriebs­ lose Schubbetriebsphasen dadurch genutzt werden, daß die Brennkraftmaschine 1 durch Öffnen der Kupplung 12 aus dem Antriebsstrang herausgelöst und stillgesetzt wird. Da bei derartigen antriebslosen Schubbetriebsphasen wegen der Drehung der Fahrzeugräder 28, 29 in das Getriebe 2 eine Drehbewegung hineingetragen wird, muß zur Sicherstellung der Ölversorgung die Getriebeölpumpe 14 in Betrieb bleiben. Dazu ist es notwendig, daß bei geöffneter Kupplung 12 die Anfahrkupplung 11 geschlossen bleibt. Soll außerdem die Schwungmasse des Rotors 5 auf Drehzahl gebracht und/oder im generatorischen Betrieb elektrische Energie erzeugt werden, so ist auch während solcher Schubbetriebsphasen zusätzlich zur dritten Kupplung 11 die Trennkupplung 13 zu schließen.

Für den Fall des Stillstandes des Kraftfahrzeuges bei laufender Brennkraftmaschine ist der Antrieb der einen sehr großen Leistungsbedarf aufweisenden Ölpumpe eher nachteilig. In einem solchen Betriebsfall wird die Antriebsanordnung so betrieben, daß die Anfahrkupplung 11 und die zweite Trennkupplung 13 geöffnet sind, während die erste Kupplung (Trennkupplung 12) zum Antrieb des Rotors 5 der Maschine 6 geschlossen ist. Zum Anfah­ ren des Kraftfahrzeuges wird dann zunächst auch die zweite Trennkupplung 13 geschlossen und somit die Ölpumpe 14 über den Antrieb 7 in Betrieb gesetzt. Erst dann, wenn die Über­ setzungsänderungsvorrichtung 15 des Getriebes 2 ausreichend mit Getriebeöl versorgt ist, wird die dritte Kupplung (Anfahrkupplung 11) geschlossen, so daß sich das Kraftfahrzeug in Bewegung setzen kann.

Claims (5)

1. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1), mit einem Getriebe (2) und einer von der Getriebeeingangswelle (3) antreibbaren Getrie­ beölpumpe (14), sowie mit einer wenigstens einen Stator (17) und einen Rotor (5) aufweisenden Starter­ generator-Elektromaschine (6), die zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem Getriebe (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor (5) der Elektromaschine (6) mit der Kurbelwelle (4) der Brennkraftmaschi­ ne über eine erste Trennkupplung (12) und über eine zweite Trennkupplung (13) mit der Getriebeeingangswelle (3) verbindbar ist,
daß die Getriebeölpumpe (14) mittels eines Antriebs (7) von der Getriebeeingangswelle (3) antreibbar ist,
und daß die Übersetzungsveränderungsvorrichtung (15) des Getriebes (2) mit der die Getriebeölpumpe (14) antreibenden Getriebeeingangswelle (3) mittels einer Anfahrkupp­ lung (11) verbindbar ist.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungs­ veränderungsvorrichtung (15) ein Stirnradgetriebesatz, Planetengetriebesatz oder ein Variatorsatz (21, 22, 23) eines stufenlosen Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ist.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahr­ kupplung (11) innerhalb des Getriebegehäuses (15) angeordnet ist.

4. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten und Anfahren des Kraftfahrzeuges aus dem Stillstand heraus zunächst die erste Trennkupplung (12) geschlossen und die Brenn­ kraftmaschine durch Nutzung der Rotationsenergie des sich antriebslos drehenden Rotors (5) der Startergenerator-Maschine (6) gestartet wird,
daß anschließend durch Schließen der zuvor geöffneten zweiten Trennkupplung (13) eine Verbindung zwischen dem Rotor (5) der Elektromaschine (6) und der Getriebe­ eingangswelle (3) hergestellt und damit der Antrieb der Getriebeölpumpe (14) über eine Antriebsanordnung (7) sichergestellt wird,
und das schließlich durch Schließen der Anfahrkupplung (11) zwischen der Getriebe­ eingangswelle (3) und der Übersetzungsveränderungsvorrichtung (15) des Getriebes (2) das Fahrzeug anfährt.

5. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betreiben der Getriebeölpumpe (14) während einer antriebslosen Schubbetriebsphase die erste Trennkupplung (12) geöffnet und die zweite Trennkupplung (13) geöffnet oder geschlossen ist, während die Anfahrkupplung zwi­ schen der Getriebeeingangswelle (3) der Übersetzungsveränderungsvorrichtung (15) des Getriebes (2) geschlossen ist.