DE19625022B4

DE19625022B4 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE19625022B4
Application number: DE19625022A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Miersch; Oswald Friedmann; Stefan Dipl.-Ing. Herzig
Original assignee: Volkswagen AG; LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; Volkswagen AG
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1996-06-22
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2016-06-23
Also published as: DE19625022A1

Abstract

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1),
mit einem Getriebe (2) und einer von der Getriebeeingangswelle (3) antreibbaren Getriebeölpumpe (14),
sowie mit einer wenigstens einen Stator (17) und einen Rotor (5) aufweisenden Startergenerator-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 Brennkraftmaschine (1) 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 Anfahrkupplung (11) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben derselben gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 4 und 5.
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 Durchführung 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 drehbar 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 Getriebeeingangswelle über eine Anfahrkupplung mit der Kurbelwelle oder mit dem Schwungrad der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Üblicherweise wird auch eine in dem Getriebe befindliche, der Anfahrkupplung antriebstechnisch vorgelagerte Getriebeölpumpe direkt oder indirekt von der Getriebeeingangswelle derart angetrieben, daß auch bei geöffneter Anfahrkupplung die Ölpumpe angetrieben und so bei laufender Brennkraftmaschine eine Ölversorgung 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 elektromotorisch gestartet werden soll, auch die eine sehr große Leistungsaufnahme aufweisende Getriebeölpumpe mit angetrieben werden muß. Dies belastet einerseits die in dem Kraftfahrzeug 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.
Weiter ist aus der DE 41 34 268 A1 eine Antriebsordnung mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe und einer wenigstens einen Stator und einen Rotor aufweisenden Startergenerator-Elektromaschine, die zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordnet ist, bekannt bei der der Rotor der Elektromaschine mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über eine erste Trennkupplung und mit der Getriebeeingangswelle über eine zweite Trennkupplung verbindbar ist. Durch die Getriebeeingangswelle wird auch eine Getriebeölpumpe angetrieben, die aus Sicht der Brennkraftmaschine hinter dem Getriebe angeordnet ist. Dabei wird die Getriebeölpumpe nur angetrieben, wenn der Anfahrvorgang durch schließen von mindestens der zweiten Trennkupplung erfolgt ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe Zugrunde, 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, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebsanordnung anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich für die Antriebsanordnung aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie für das Verfahren aus den Merkmalen der Patentansprüche 4 und 5. 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-Maschine, eine weitere zwischen dem Rotor und dem Antrieb der Getriebeölpumpe und eine dritte Kupplung antriebstechnisch hinter dem Antrieb für die Getriebeölpumpe und vor der eigentlichen Übersetzungsveränderungsvorrichtung des Getriebes angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ergeben sich für die verschiedenen Betriebsarten eines mit einem derartigen Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeuges eine ganze Reihe von Vorteilen. So kann beispielsweise beim Erststart der Brennkraftmaschine nach einer Stillstandphase dieselbe durch Schließen der ersten Kupplung und Nutzung des Schwungmomentes des Rotors der Elektromaschine angeworfen werden, ohne dass 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 kostengünstig ausgebildet werden. Zusätzlich ermöglicht die gewählte Antriebsanordnung einen Betrieb der Getriebeölpumpe noch bevor die Übersetzungsveränderungsvorrichtung des Getriebes in Betrieb gesetzt wird. Dazu wird bei einem Erststart zunächst durch das Schließen der ersten Kupplung und der oben beschriebenen Nutzung des Schwungmomentes des Rotors die Brennkraftmaschine angelassen und anschließend von den beiden bis dahin geöffneten folgenden Kupplungen 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 nachdem 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 Bewegung gesetzt werden kann.
Schließlich kann durch die gewählte Antriebsanordnung auch sichergestellt werden, daß bei antriebslosen Schubbetriebsphasen, das heißt bei geöffneter erster Kupplung und stillgesetzter Brennkraftmaschine sowie bei geschlossener zweiter und dritter Kupplung, die Getriebeölpumpe angetrieben und so die über die Räder und das Differentialgetriebe sozusagen von hinten angetriebenen sich bewegenen Teiler der Getriebeübersetzungsveränderungsvorrichtung 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 Rotationsenergie 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 Vorteilhaferweise um ein Stirnradgetriebe, ein Planetengetriebe oder ein stufenloses Kegelscheibenumschlingungsgetriebe handeln.
Der erfindungsgemäße Aufbau der Antriebsanordnung sowie die Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antriebsanordnung lassen 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 erste 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 miteinander kämmende Zahnräder 8, 9, wobei letzteres entweder direkt oder auf einer Nebenwelle 10 befindlich die Getriebeölpumpe 14 antreibt.
Die Antriebsvorrichtung 7 befindet sich zusammen mit der Getriebeölpumpe 14, der dritten Kupplung und der Übersetzungsveränderungsvorrichtung 15 vorteilhafterweise innerhalb des Gehäuses 16 des Getriebes 2. Die dritte Kupplung ist als Anfahrkupplung 11 ausgebildet und antriebstechnisch zwischen dem Antrieb 7 für die Getriebeölpumpe 14 und der Übersetzungsveränderungsvorrichtung 15 angeordnet. Bei der Übersetzungsveränderungsvorrichtung 15 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um ein stufenloses Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, das hier nur schematisch mit seinen wesentlichen Komponeten erster Kegelscheibensatz 21, zweiter Kegelscheibensatz 22 und flexibles Übertragungsmittel 23 dargestellt ist. Auf der Abtriebsseite des Getriebes ist eine Getriebeabtriebswelle 24 vorgesehen, auf der einerseits der zweite Kegelscheibensatz 22 angeordnet ist und die andererseits mit einem Differentialgetriebe 25 verbunden ist. Von letzterem gehen Achswellen 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 erster Trennkupplung 12 und geöffnete zweiter 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 antriebslose 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 erster TrennKupplung 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 AnfahrKupplung 11 die zweite 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 Trennkupplung 12 zum Antrieb des Rotors 5 der Maschine 6 geschlossen ist. Zum Anfahren 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 Übersetzungsänderungsvorrichtung 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

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1), mit einem Getriebe (2) und einer von der Getriebeeingangswelle (3) antreibbaren Getriebeölpumpe (14), sowie mit einer wenigstens einen Stator (17) und einen Rotor (5) aufweisenden Startergenerator-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 Brennkraftmaschine (1) 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 Anfahrkupplung (11) verbindbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungsveränderungsvorrichtung (15) ein Stirnradgetriebesatz, Planetengetriebesatz oder ein Variatorsatz (21, 22, 23) eines stufenlosen Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung (11) innerhalb des Getriebegehäuses (16) angeordnet ist.
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 Brennkraftmaschine (1) durch Nutzung der Rotationsenergie des sich antriebslos drehenden Rotors (5) der Startergenerator-Elektromaschine (6) gestartet wird, daß anschließend durch Schließen der zuvor geöffneten zweiten Trennkupplung (13) eine Verbindung zwischen dem Rotor (5) der Elektromaschine (6) und der Getriebeeingangswelle (3) hergestellt und damit der Antrieb der Getriebeölpumpe (14) über eine Antriebsvorrichtung (7) sichergestellt wird, und dass schließlich durch Schließen der Anfahrkupplung (11) zwischen der Getriebeeingangswelle (3) und der Übersetzungsveränderungsvorrichtung (15) des Getriebes (2) das Fahrzeug anfährt.
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 (11) zwischen der Getriebeeingangswelle (3) und der Übersetzungsveränderungsvorrichtung (15) des Getriebes (2) geschlossen ist.