DE19913519A1

DE19913519A1 - Motor vehicle drive system has rotor decoupled from crankshaft when starting, accelerated to speed at which kinetic energy is used to set defined unloaded engine speed when coupled

Info

Publication number: DE19913519A1
Application number: DE1999113519
Authority: DE
Inventors: Detlef Baasch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-09-28

Abstract

The drive system has an electrical machine (4) installed between the engine crankshaft and gearbox with a stator (5) and a rotor (6) that can operate as an electric motor with a starter function or as an electrical generator. The machine's rotor is decoupled from the crankshaft (2) when starting the engine and is accelerated to a revolution rate at which the kinetic energy of the rotor is used to set a defined engine unloaded speed after coupling to the stationary crankshaft or to a shaft (7) connected to it.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff des Patentanspru ches 1 näher definierten Art.The invention relates to a drive system for a Motor vehicle according to the preamble of claim ches 1 defined art.

Aus der Praxis bekannte Verbrennungsmotoren von Kraft fahrzeugen werden üblicherweise durch einen Starter, wel cher ein Gleichstrommotor ist, auf solche Drehzahlen ge trieben, daß sie aus eigener Kraft weiterlaufen können, wobei das Starterdrehmoment über ein Ritzel auf ein Schwungrad des Motors übertragen wird. Diese bekannten Starter sind so an einem Motorblock angeflanscht, daß bei Betätigung das Ritzel in einen Zahnkranz auf der Schwungs cheibe einspurt, um den Motor darüber in Drehung zu verset zen.Combustion engines of power known from practice vehicles are usually by a starter, wel cher is a DC motor on such speeds driven that they can continue to run on their own, the starter torque via a pinion on Engine flywheel is transmitted. These well-known Starters are flanged to an engine block so that at Actuate the pinion in a ring gear on the swing disc engages in order to set the motor in rotation Zen.

Der Verbrennungsmotor wird durch den Starter üblicher weise auf eine Drehzahl von ca. 300 1/min gebracht. Der Verbrennungsmotor startet von dieser relativ geringen Dreh zahl aus und regelt sich in die Leerlaufdrehzahl, welche z. B. 700 1/min betragen kann, ein.The internal combustion engine is more common with the starter brought to a speed of about 300 1 / min. The Internal combustion engine starts from this relatively low rotation number and regulates itself in the idle speed, which e.g. B. 700 1 / min, a.

Wenn der Verbrennungsmotor läuft, wird über einen se paraten Generator Strom zur Aufladung der Fahrzeugbatterie erzeugt. Der Generator wird üblicherweise durch einen Keil riemen oder Zahnriemen angetrieben.When the internal combustion engine is running, a se ready generator electricity to charge the vehicle battery generated. The generator is usually powered by a wedge belt or toothed belt driven.

Um die Stromversorgung eines Kraftfahrzeuges effizien ter zu gestalten, werden zunehmend Entwicklungen betrieben, die zum Ziel haben, die Motorstart- und Generatorfunktion in ein Bauteil zusammenzufassen. To efficient the power supply of a motor vehicle to shape it, there are increasingly developments with the aim of the engine start and generator function summarized in one component.

Eine derartige Lösung ist aus der Publikation "Europe an Automotive Design", Ausgabe April 1998, Seite 24, be kannt. Hierbei wird ein Elektromotor direkt mit der Kurbel welle des Verbrennungsmotors verbunden. Über den Elektromo tor, welcher als Stellglied zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe installiert ist, kann die Starterfunktion und die Generatorfunktion dargestellt werden, wobei sich die Ausle gung des Elektromotors im wesentlichen nach der Startlei stung richtet.Such a solution is from the publication "Europe an Automotive Design ", April 1998 edition, page 24, be knows. Here, an electric motor is connected directly to the crank shaft of the internal combustion engine connected. About the electromo gate, which acts as an actuator between the internal combustion engine and Gearbox installed, the starter function and the Generator function are shown, the Ausle supply of the electric motor essentially according to the starting line stung judges.

Zusammen mit einer Leistungselektronik und einem Startkondensator als Speichermedium ersetzt dieser bekannte Elektromotor einen herkömmlichen Starter, die Lichtmaschine und das Schwungrad des Kraftfahrzeuges und steuert als Ge nerator die elektrische Energieversorgung.Together with a power electronics and a Starting capacitor as a storage medium replaces this known one Electric motor a conventional starter, the alternator and the flywheel of the motor vehicle and controls as Ge nerator the electrical energy supply.

In Zukunft werden vor allem im Hinblick auf einen Ein satz einer Start-Stop-Automatik, mittels der der Verbren nungsmotor bei Fahrzeugstillstand aus Gründen der Treib stoffeinsparung abgeschaltet wird, immer kürzere Startzei ten bei gleichzeitiger Geräuscharmut erforderlich. Das be deutet eine Erhöhung der Starterleistung und eine Vergröße rung der Elektromotoren, welche dann jedoch für den Genera torbetrieb überdimensioniert sind. Zudem ist der Einsatz größerer Elektromotoren aufgrund des sehr begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraumes problematisch.In the future, especially with regard to an automatic start-stop system, by means of which the combustion motor when the vehicle is stationary for reasons of driving material savings is switched off, shorter and shorter start time required with low noise at the same time. That be indicates an increase in starter performance and an increase tion of the electric motors, which are then for the genera door operation are oversized. In addition, the stake larger electric motors due to the very limited Available space is problematic.

Um einen kleineren Elektromotor als Starter einsetzen zu können, ist es möglich, zwischen dem Elektromotor und der Kurbelwelle ein Zwischengetriebe bzw. Startergetriebe zu installieren, um die notwendigen Momente an der Kurbel welle während des Starts zur Verfügung zu stellen. To use a smaller electric motor as a starter to be able to, between the electric motor and the crankshaft an intermediate gear or starter gear to install the necessary moments on the crank to provide wave during startup.

Nach erfolgtem Start ist jedoch eine Übersetzung im Generatorbetrieb unerwünscht, da der Generator mit Kurbel wellendrehzahl betrieben werden sollte, um entsprechenden Ladestrom abzugeben. Um dies zu ermöglichen, bietet es sich an, Schaltvorgänge oder Freilaufschaltungen in einem sol chen Startergetriebe vorzusehen.After the start, however, a translation is in the Generator operation undesirable because the generator with crank shaft speed should be operated to appropriate To deliver charging current. To make this possible, it offers itself on, switching operations or freewheeling circuits in a sol Chen starter gear.

Damit erreicht das Startergetriebe aber nachteilhaf terweise eine Baugröße, welche den Vorteil des kleineren Elektromotors zum Teil wieder kompensiert. Problematisch ist auch die aufwendige Konstruktion mit schwieriger Schmierölführung und erheblicher Bauteilvielzahl. Zudem besteht die Gefahr, daß vom Verbrennungsmotor axiale und radiale Schwingungen in das System eingetragen werden, wel che zu unerwünschten Geräuschen führen können.This disadvantageously achieves the starter gear usually a size, which has the advantage of the smaller Electric motor partially compensated again. Problematic is also the complex construction with more difficult Lubrication oil guidance and a large number of components. In addition there is a risk that axial and radial vibrations are entered in the system, wel can lead to unwanted noise.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaf fen, bei dem die Vorteile einer zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und dem Fahrzeuggetriebe installier ten elektrischen Maschine mit Starterfunktion und Genera torfunktion genützt werden, wobei die elektrische Maschine konstruktiv möglichst einfach mit hoher Motorleistung bei kleinem Bauraumbedarf und geringer Geräuschentwicklung aus geführt ist.The present invention therefore has the object reasons to create a drive system for a motor vehicle fen, which takes advantage of a between the crankshaft install the internal combustion engine and the vehicle transmission electric machine with starter function and genera Gate function are used, the electrical machine constructive as simple as possible with high engine power small space requirement and low noise is led.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Antriebs system gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan spruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with a drive system according to the characterizing features of the patent Proverb 1 solved.

Mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem wird in vor teilhafter Weise die dynamische Energie der elektrischen Maschine genutzt, um den Verbrennungsmotor zu starten. With the drive system according to the invention is in front part way the dynamic energy of electrical Machine used to start the internal combustion engine.

Die elektrische Maschine muß zu Beginn des Startvor ganges nur sich selbst bzw. den Rotor beschleunigen, da der Rotor von der Kurbelwelle "entkoppelt" ist, d. h. daß keine Momentübertragung stattfindet. So kann in kürzester Zeit eine hohe Schwungenergie des Rotors erzielt werden, welche bei einer Koppelung, d. h. bei einer die Momentübertragung zulassenden Verbindung mit der Kurbelwelle, ausreichend ist, um den Verbrennungsmotor auf seine Startdrehzahl bzw. Leerlaufdrehzahl zu bringen.The electrical machine must be at the start of the start only accelerate itself or the rotor, since the Rotor is "decoupled" from the crankshaft, i. H. that no Moment transfer takes place. So in no time a high centrifugal energy of the rotor can be achieved, which in a coupling, d. H. the moment transmission permissible connection with the crankshaft, sufficient the internal combustion engine to its starting speed or Bring idle speed.

Die Übertragung der Schwungenergie des Rotors folgt dem Energieerhaltungssatz, wonach - bei Vernachlässigung von auftretenden Verlusten - die Schwungenergie der elek trischen Maschine vor der Koppelung gleich der Summe der Schwungenergie des Verbrennungsmotors und der elektrische Maschine nach der Koppelung ist, wobei die Drehzahl des Rotors vor der Koppelung deutlich über der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors liegt.The rotor energy is transferred the energy conservation rate, according to which - if neglected of occurring losses - the momentum energy of the elec tric machine before coupling equal to the sum of the Vibration energy of the internal combustion engine and the electrical Machine after the coupling is, the speed of the Rotor before coupling well above idle speed of the internal combustion engine.

Durch die erfindungsgemäße Nutzung der Schwungenergie der elektrischen Maschine kann deren Größe geringer gewählt werden, da ein geringeres Antriebsmoment der elektrischen Maschine nötig ist als bei ständiger Koppelung mit der Kur belwelle, insbesondere bei tiefen Temperaturen. Die elek trische Maschine beansprucht damit weniger Bauraum, ist im Generatorbetrieb nicht überdimensioniert und bewirkt eine geringere Trägheit des Verbrennungsmotors im Betrieb.By using the swing energy according to the invention the size of the electrical machine can be chosen to be smaller be because of a lower drive torque of the electrical Machine is necessary than with constant coupling with the cure belwelle, especially at low temperatures. The elec trical machine takes up less space, is in Generator operation is not oversized and causes one lower inertia of the internal combustion engine during operation.

Vorteilhafterweise erübrigt sich auch ein kosteninten sives Zwischengetriebe, z. B. in Form eines Planetengetrie bes, zur Erzeugung eines genügenden Antriebsmomentes, womit die damit zusammenhängenden Probleme der Geräuschentwick lung bei der Übersetzung und Schwingungsprobleme durch Freiläufe entfallen.Advantageously, there is also no need for costs sives intermediate gear, z. B. in the form of a planetary gear bes, for generating a sufficient drive torque, with which the related problems of noise translation and vibration problems Freewheels are eliminated.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich darüber hinaus die Startvorgänge aufgrund der niedrigeren zu erzeu genden Momente deutlich verkürzen, womit einerseits kurz aufeinander folgende Start-Stop-Vorgänge in der Stadt im Rahmen einer Start-Stop-Automatik verwirklicht werden kön nen und andererseits die Zeit in der Startphase des Ver brennungsmotors verringert werden kann, in der aufgrund niedriger Drehzahlen die Zündvorgänge und Verbrennungsvor gänge unvollständig sind.With the solution according to the invention, this can be done in addition to generate the start processes due to the lower significantly reduce the relevant moments, which is brief successive start-stop processes in the city in the Automatic start-stop can be realized nen and on the other hand the time in the start phase of the Ver internal combustion engine can be reduced in the due lower speeds the ignition processes and combustion advance gears are incomplete.

In vorteilhaften Ausführungen kann z. B. vorgesehen sein, daß eine hohe Startdynamik mit einer Beschleunigungs phase des Rotors auf seine Maximaldrehzahl zwischen 0,15 Sekunden und 0,3 Sekunden und einer Koppelungsdauer zwi schen 0,15 Sekunden und 0,3 Sekunden einstellbar ist. Des weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung je nach Auslegung der Koppelung eine Beschleunigung des Ver brennungsmotors mit einstellbarer Dynamik und eine optimale Auslegung der elektrischen Maschine als Generator.In advantageous embodiments, for. B. provided be that high starting dynamics with acceleration phase of the rotor to its maximum speed between 0.15 Seconds and 0.3 seconds and a coupling time between between 0.15 seconds and 0.3 seconds. Furthermore, the solution according to the invention enables each according to the design of the coupling, an acceleration of the Ver internal combustion engine with adjustable dynamics and optimal Design of the electrical machine as a generator.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen. Further advantages and developments of the invention arise from the subclaims and from the following Execution described in principle with reference to the drawing examples.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines An triebssystems für ein Kraftfahrzeug mit ei ner zwischen einer Kurbelwelle und einem Fahrzeuggetriebe angeordneten elektrischen Maschine im Längsschnitt; Fig. 1 is a schematic representation of a drive system for a motor vehicle with egg ner between a crankshaft and a vehicle transmission arranged electrical machine in longitudinal section;

Fig. 2 eine qualitative Darstellung eines Drehzahl verlaufes während eines Startvorganges und Fig. 2 is a qualitative representation of a speed curve during a starting process and

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausfüh rungsvariante zu dem in Fig. 1 dargestellten Antriebssystem. Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment variant of the drive system shown in Fig. 1.

Bezug nehmend auf Fig. 1 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer zwischen einem nur angedeuteten Fahrzeuggetriebe 1 und einer Kurbelwelle 2 eines ebenfalls nur angedeuteten Verbrennungsmotors 3 angeordneten elektri schen Maschine 4, welche einen Stator 5 und einen Rotor 6 aufweist, dargestellt. Die elektrische Maschine 4 ist dabei als elektrischer Motor mit Starterfunktion und als elektri scher Generator vorgesehen.With reference to FIG. 1, a drive system for a motor vehicle with an electric machine 4 , which has a stator 5 and a rotor 6 , is arranged between an only indicated vehicle transmission 1 and a crankshaft 2 of an likewise only indicated internal combustion engine 3 . The electrical machine 4 is provided as an electric motor with a starter function and as an electrical generator.

Der Rotor 6 der elektrischen Maschine 4 ist zur Be schleunigung nach einem Start von der Kurbelwelle 2 entkop pelt und wird erst mit dieser gekoppelt, wenn seine Dreh zahl n_em so hoch ist, daß sie ausreichend ist, den Ver brennungsmotor 3 durch Schwungenergie bei der Koppelung auf seine Leerlaufdrehzahl n_ll zu bringen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Beschleunigungsdauer des Rotors 6 bis zur Koppelung 0,15 sec bis 0,3 sec. The rotor 6 of the electrical machine 4 is decoupled for acceleration after a start from the crankshaft 2 and is only coupled to it when its rotational speed n_em is so high that it is sufficient for the internal combustion engine 3 due to vibrational energy in the coupling to bring it to its idle speed n_ll. In the present exemplary embodiment, the acceleration time of the rotor 6 until coupling is 0.15 sec to 0.3 sec.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Koppelung derart vorgesehen, daß der Rotor 6 der elek trischen Maschine 4 axial beweglich auf einer Welle 7, wel che an einem dem Fahrzeuggetriebe 1 zugewandten Ende der Kurbelwelle 2 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist, gelagert ist.In the embodiment shown in FIG. 1, the coupling is provided such that the rotor 6 of the elec trical machine 4 is axially movable on a shaft 7 , which is arranged on an end of the crankshaft 2 facing the vehicle transmission 1 and is connected in a rotationally fixed manner thereto, is stored.

Zur Beschleunigung des Rotors 6 nach dem Start ist ein axialer Beschleunigungsweg x von einer Startposition S, in welcher der Rotor bei Start der elektrischen Maschine 4 von der Kurbelwelle 2 entkoppelt steht, zu einem Endpunkt E vorgesehen, an dem der Rotor 6 auf eine Mitnehmereinrich tung 8 trifft, die das Drehmoment auf die Kurbelwelle 2 überträgt. Der Beschleunigungsweg x ist dabei derart lang dimensioniert, daß mittels der Schwungenergie des Rotors 6 bei Erreichen der Mitnehmereinrichtung 8 eine Startdrehzahl n_mot des Verbrennungsmotors 3 einstellbar ist.To accelerate the rotor 6 after the start, an axial acceleration path x is provided from a starting position S, in which the rotor is decoupled from the crankshaft 2 at the start of the electrical machine 4 , to an end point E, at which the rotor 6 points to a driving device 8 hits, which transmits the torque to the crankshaft 2 . The acceleration path x is dimensioned so long that a starting speed n_mot of the internal combustion engine 3 can be set by means of the vibration energy of the rotor 6 when the driver device 8 is reached.

Wie in der Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Welle 7, welche mit der Kurbelwelle 2 drehfest über eine angedeutete Schraubverbindung 9 verbunden ist, und der auf ihr gelager te Rotor 6 im Bereich des Beschleunigungsweges x mit einer Schrauben-Mutter-Einheit 10 über ein Kugelgewinde verbun den. Dazu ist der Rotor 6 an seinem inneren Durchmesser mit einer Kugelgewinde-Mutter 11 und die Welle 7 als Kugelge winde-Schraube 12 bzw. Spindel ausgebildet.As can be seen in FIG. 1, the shaft 7 , which is connected to the crankshaft 2 in a rotationally fixed manner via an indicated screw connection 9 , and the rotor 6 mounted on it in the area of the acceleration path x with a screw-nut unit 10 a ball screw connected. For this purpose, the rotor 6 is formed on its inner diameter with a ball screw nut 11 and the shaft 7 as a Kugelge screw 12 or spindle.

Der Rotor 6 bewegt sich bei einem Startvorgang von der Startposition 5, welche durch einen Anschlag 13 an dem dem Fahrzeuggetriebe 1 zugewandten Ende des Beschleunigungswe ges x gebildet wird, auf der Kugelgewinde-Schraube 12 mit zunehmender Drehgeschwindigkeit in Richtung des Verbren nungsmotors 3. The rotor 6 moves in a starting process from the start position 5, which at the end facing by a stop 13 to the vehicle transmission 1 end of Beschleunigungswe ges x is formed on the ball screw-bolt 12 with increasing rotational speed in the direction of Burn voltage motors. 3

Bis zum Erreichen des Endpunktes E des Beschleuni gungsweges x hat der Rotor 6 der elektrischen Maschine 4 seine Maximaldrehzahl und damit seine maximale Schwungener gie erreicht.By the time the end point E of the acceleration path x has been reached, the rotor 6 of the electrical machine 4 has reached its maximum speed and thus its maximum swing energy.

Die Mitnehmereinrichtung 8, welche einen Anschlag dar stellt, ist an dem dem Verbrennungsmotor 3 zugewandten Ende des Beschleunigungsweges x angeordnet ist und besteht aus einem Federelement 14, welches als Tellerfeder ausgebildet ist.The driver device 8 , which represents a stop, is arranged at the end of the acceleration path x facing the internal combustion engine 3 and consists of a spring element 14 which is designed as a plate spring.

Ab dem Punkt E bewegt sich der Rotor 6 mit der Kugel gewinde-Mutter 11 gegen die Tellerfeder 14 und wird dadurch abgebremst. Die Energie die dazu notwendig ist, wird in eine beschleunigte Drehbewegung der Kurbelwelle 2 umge setzt.From point E, the rotor 6 moves with the ball screw nut 11 against the plate spring 14 and is thereby braked. The energy required for this is converted into an accelerated rotary movement of the crankshaft 2 .

Wie insbesondere dem in der Fig. 2 dargestellten qua litativen, von der Zeit t abhängigen Verlauf der Dreh zahl n_mot des Verbrennungsmotors und der Drehzahl n_em der elektrischen Maschine während eines Startvorganges zu ent nehmen ist, ist die Leerlaufdrehzahl n_ll des Verbrennungs motors erreicht, wenn die nach der Koppelung zu einer Zeit t_1 ansteigende Drehzahl n_mot der Verbrennungsmaschi ne 3 der seit der Koppelung abfallenden Drehzahl n_em, wel che zu Beginn der Koppelung wesentlich größer als die Leer laufdrehzahl n_ll des Verbrennungsmotors 3 ist, entspricht.As can be seen in particular from the qualitative depiction in FIG. 2, dependent on the time t, of the number of revolutions n_mot of the internal combustion engine and the number of revolutions n_em of the electrical machine during a starting process, the idling speed n_ll of the internal combustion engine is reached when the after the coupling at a time t_1 increasing speed n_mot of the internal combustion engine 3 corresponds to the decreasing speed n_em since the coupling, which che at the beginning of the coupling is substantially greater than the idle speed n_ll of the internal combustion engine 3 corresponds.

Mit Erzielung der Leerlaufdrehzahl n_ll zu einem Zeit punkt t_2 ist der Startvorgang beendet. In diesem Moment wird die elektrische Maschine 4 auf Generatorbetrieb umge schaltet und gegenüber einem Gehäuse 15 abgebremst. When the idling speed n_ll is reached at a point in time t_2, the starting process is ended. At this moment, the electrical machine 4 is switched to generator operation and braked against a housing 15 .

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführung wird der Rotor 6 mit der Kugelgewinde-Mutter 11 durch die Abbremsung und durch die Unterstützung der vorgespannten Tellerfe der 14 sowie einer weiteren, zwischen der Welle 7 und dem Rotor 6 vorgespannt angeordneten Feder 16 in die Startposi tion S gedrückt und kommt an dem Anschlag 13 zum Stehen. Anstelle des Kugelgewindes ist selbstverständlich auch der Einsatz anderer Gewindearten, wie z. B. eines Trapezge windes möglich.In the embodiment shown in Fig. 1, the rotor 6 with the ball screw nut 11 by braking and by the support of the biased Tellerfe 14 and another, arranged between the shaft 7 and the rotor 6 spring 16 arranged in the starting position tion S pressed and comes to a stop at the stop 13 . Instead of the ball screw, the use of other types of thread, such as. B. a trapezoidal wind possible.

Bei einer Stromerzeugung der elektrischen Maschine 4 im Generatorbetrieb wirkt das Drehmoment so, daß die Kugel gewinde-Mutter 11 immer an den Anschlag 13 gedreht wird.When generating electricity of the electrical machine 4 in generator mode, the torque acts so that the ball screw nut 11 is always turned to the stop 13 .

Die Feder 16 dient zum Erreichen der Startstellung, wenn beispielsweise der Startvorgang unterbrochen wird oder wenn beim Abstellen des Verbrennungsmotors 3 der Rotor 6 durch Drehschwingungen der Kurbelwelle 2 in Richtung des Verbrennungsmotors 3 bewegt wird.The spring 16 serves for reaching the start position, for example, if the starting operation is interrupted or when moved by stopping the internal combustion engine 3, the rotor 6 by torsional vibrations of the crankshaft 2 in the direction of the engine. 3

Um dieses Rückdrehen zu vereinfachen und um ver schleißfreie Teile zu erhalten, ist zwischen der Kugelge winde-Mutter 11 und den Federn 14 und 16 ein Axiallager 17 mit einer Tellereinrichtung 18, an der sich die Feder 16 abstützt, eingebaut.In order to simplify this turning back and to obtain wear-free parts, a thrust bearing 17 with a plate device 18 on which the spring 16 is supported is installed between the ball screw nut 11 and the springs 14 and 16 .

Das axiale Rückbewegen des Rotors 6 in die Startposi tion 5 kann in einer anderen, nicht dargestellten Ausfüh rung auch durch ein geringes "falsch" gerichtetes Moment durch die elektrische Maschine 4 erreicht werden. Steht der Verbrennungsmotor 3 nach dem Abstellen, kann durch eine elektronische Steuereinrichtung des Fahrzeugs dafür gesorgt werden, daß der Rotor 6 der elektrischen Maschine 4 vor einem Neustart in seine Startposition S gebracht wird. Da bei kann es vorgesehen sein, daß der Rotor 6 generell bei jedem Neustart zuerst eine kurze Zeit durch eine Drehbewe gung, welche der Drehbewegung zur Beschleunigung des Ro tors 6 auf dem Beschleunigungsweg x entgegengesetzt ist, gegen die Startposition S gedrückt wird.The axial backward movement of the rotor 6 in the start position 5 can be achieved in another, not shown, embodiment also by a small “incorrectly” directed torque by the electrical machine 4 . If the internal combustion engine 3 is stopped after being switched off, an electronic control device of the vehicle can ensure that the rotor 6 of the electrical machine 4 is brought into its starting position S before a restart. Since it can be provided that the rotor 6 is generally pressed at each restart for a short time by a rotary movement, which is the rotational movement to accelerate the rotor 6 on the acceleration path x, pressed against the starting position S.

Die Anordnung des Anschlags 13 und des Anschlags der Mitnehmereinrichtung 8 kann in einer alternativen Ausfüh rung auch umgekehrt an dem dem Verbrennungsmotor 3 bzw. dem Fahrzeuggetriebe 1 zugewandten Ende des Beschleunigungswe ges x vorgesehen sein.The arrangement of the stop 13 and the stop of the driver device 8 can also be provided in an alternative embodiment, conversely, on the end of the acceleration engine x facing the internal combustion engine 3 or the vehicle transmission 1 .

Darüber hinaus kann in einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführung eine Halteeinrichtung zum Festhal ten des Rotors 6 an dem Anschlag 13 im Generatorbetrieb oder deaktivierten Zustand der elektrischen Maschine 4 vor gesehen sein, wobei diese Halteeinrichtung beispielsweise als Rastierung oder Magneteinrichtung ausgebildet ist.In addition, in a further embodiment, not shown, a holding device for holding the rotor 6 at the stop 13 in generator operation or in the deactivated state of the electrical machine 4 can be seen before, this holding device being designed, for example, as a detent or magnetic device.

Bezug nehmend auf Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante zu der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung dargestellt, wobei funktionsgleiche Bauteile mit den Bezugszeichen der Fig. 1 bezeichnet sind.Referring to FIG. 3, an embodiment variant of the embodiment shown in FIG. 1 is shown, components with the same function being designated by the reference numerals of FIG. 1.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Koppelung der art vorgesehen, daß der Rotor 6 der elektrischen Maschine 4 drehbar in dem Gehäuse 15 gelagert und über ein Federele ment 19, welches eine Spiralfeder darstellt, mit der Wel le 7 verbunden ist. Das äußere Ende der Spiralfeder 19 ist mit dem Rotor 6 verbunden. Das innere Ende der Spiralfe der 19 ist mit einer rohrförmigen Aufnahme 23 verbunden, die wiederum mit der Welle 7 verbunden ist.In this embodiment, the coupling of the art is provided that the rotor 6 of the electrical machine 4 rotatably mounted in the housing 15 and via a Federele element 19 , which is a coil spring, with the Wel le 7 is connected. The outer end of the coil spring 19 is connected to the rotor 6 . The inner end of the Spiralfe of 19 is connected to a tubular receptacle 23 which is in turn connected to the shaft 7 .

Von dem Fahrzeuggetriebe 1 ist auch in der Fig. 3 le diglich eine Wandler- bzw. Kupplungsbefestigung 20 ersicht lich.From the vehicle transmission 1 is also shown in FIG. 3 le diglich a converter or clutch mounting 20 Lich.

Beim Start der elektrischen Maschine 4 dreht der sich beschleunigende Rotor 6 zunächst eine geringe, definierte Anzahl an Umdrehungen alleine, bis die sich zusammenziehen de Spiralfeder 19 beginnt, sich in ihren Windungen anzule gen und eine Drehfederkennlinie aufzubauen. Mit Aufbau der Drehfederkennlinie wird der Rotor 6 gegenüber der Kurbel welle 2 abgebremst, wobei die zuvor ruhende Kurbelwelle 2 mittels der Schwungenergie des Rotors 6 bis zu der Leer laufdrehzahl n_ll des Verbrennungsmotors 3 beschleunigt wird, wie es aus dem Drehzahlverlauf in Fig. 2 ersichtlich ist.At the start of the electrical machine 4 , the accelerating rotor 6 initially rotates a small, defined number of revolutions alone until the contracting de spiral spring 19 begins to tighten in its windings and build up a torsion spring characteristic. With structure of the torsion spring characteristic of the rotor 6 relative to the crank shaft 2 is braked, wherein the previously dormant crankshaft 2 is accelerated by means of the inertial energy of the rotor 6 to the idling speed n_ll of the engine 3, as can be seen from the speed curve in Fig. 2 .

Nach dem Start des Verbrennungsmotors 3 wird die elek trische Maschine 4 als Generator umgeschaltet. Die Spiral feder 19 dehnt sich wieder bis zu ihrer Startposition bzw. Grundstellung aus. Das Generatormoment muß nun über die Spiralfeder 19 geleitet werden. Dazu wird als Anschlag, der die radiale Expansion der Spiralfeder 19 begrenzt, ein im Außenbereich rohrförmiger Topf 21 neben der Spiralfeder 19 installiert.After the start of the internal combustion engine 3 , the electrical machine 4 is switched as a generator. The spiral spring 19 expands again to its starting position or basic position. The generator torque must now be passed through the coil spring 19 . For this purpose, a tubular outdoor pot 21 is installed in addition to the coil spring 19 as a stop which limits the radial expansion of the coil spring 19th

Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, weist die Spiralfe der 19 eine seitliche Aussparung 22 auf, mit der sie sich bei einer radialen Ausdehnung an dem Innendurchmesser des Topfes 21 abstützt. As can be seen in FIG. 3, the Spiralfe of the 19 has a lateral recess 22 with which it is supported on the inner diameter of the pot 21 in the case of a radial expansion.

Nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors 3 nimmt die Spiralfeder 19 der elektrischen Maschine 4 jeweils ihre Startposition für einen erneuten Motorstart ein.After switching off the internal combustion engine 3 , the coil spring 19 of the electrical machine 4 assumes its starting position for a new engine start.

Selbstverständlich sind in weiteren, nicht dargestell ten Ausführungen anstelle der Spiralfeder 19 auch andere Federsysteme mit selber Funktion einsetzbar.Of course, other spring systems with the same function can be used in other versions, not shown, instead of the spiral spring 19 .

Bei jeder Ausführung ist die Koppelungsdauer des Ver brennungsmotors 3 an die elektrische Maschine 4 über die Federrate beliebig kurz einstellbar. Um ein zu heftiges Mitreißen der Kurbelwelle 2 zu vermeiden, ist die Federrate der Federn 14 und 16 bei der Ausführung nach Fig. 1 oder der Feder 19 nach Fig. 3 so ausgelegt, daß die Zeitspanne vom Beginn der Koppelung zu dem Zeitpunkt t_1 bis zum Ende des Startvorganges zu dem Zeitpunkt t_2 zwischen 0,15 sec und 0,3 sec beträgt. In each version, the coupling duration of the internal combustion engine 3 to the electrical machine 4 can be set as short as desired via the spring rate. In order to avoid excessive pulling of the crankshaft 2 , the spring rate of the springs 14 and 16 in the embodiment according to FIG. 1 or the spring 19 according to FIG. 3 is designed such that the time period from the start of the coupling at the time t_1 to End of the starting process at time t_2 is between 0.15 sec and 0.3 sec.

Reference numerals

11

Fahrzeuggetriebe
Vehicle transmission

22nd

Kurbelwelle
crankshaft

33rd

Verbrennungsmotor
Internal combustion engine

44th

elektrische Maschine
electrical machine

55

Stator
stator

66

Rotor
rotor

77

Welle
wave

88th

Mitnehmereinrichtung, Anschlag
Driver device, stop

99

Verbindung
connection

1010th

Schrauben-Mutter-Einheit
Screw-nut unit

1111

Kugelgewinde-Mutter
Ball screw nut

1212th

Kugelgewinde-Schraube, Spindel
Ball screw, spindle

1313

Anschlag
attack

1414

Federelement
Spring element

1515

Gehäuse
casing

1616

Feder
feather

1717th

Axiallager
Thrust bearing

1818th

Tellereinrichtung
Plate equipment

1919th

Federelement, Spiralfeder
Spring element, spiral spring

2020th

Wandlerbefestigung
Transducer attachment

2121

Anschlag, Topf
Stop, pot

2222

Aussparung
Recess

2323

Aufnahme
E Endpunkt
n Drehzahl
n_em Drehzahl elektrische Maschine
n_ll Leerlaufdrehzahl Verbrennungsmotor
n_mot Drehzahl Verbrennungsmotor
S Startposition
t Zeit
t_1 Beginn Koppelung
t_2 Ende Startvorgang
x Beschleunigungsweg
admission
E end point
n speed
n_em speed electrical machine
n_ll idle speed internal combustion engine
n_mot internal combustion engine speed
S start position
t time
t_1 start of coupling
t_2 End of start process
x acceleration path

Claims

1. Drive system for a motor vehicle with an inter mediate a vehicle transmission and a crankshaft of an internal combustion engine arranged electrical machine, which che has a stator and a rotor and acts as an electric motor with starter function or electrical generator, characterized in that the rotor ( 6 ) the electrical machine ( 4 ) is decoupled from the crankshaft ( 2 ) when it starts and is accelerated to a speed (n_em) at which a defined idling speed (n_ll) of the internal combustion engine ( 3 ) is generated with the swing energy of the rotor ( 6 ) after coupling with the stationary crankshaft ( 2 ) or with a shaft ( 7 ) connected in a rotationally fixed manner, it is adjustable.

2. Drive system according to claim 1, characterized in that the speed (n_em) of the electrical machine ( 4 ) at the start of the coupling is greater than the idle speed (n_ll) of the internal combustion engine ( 3 ).

3. Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that the speed (n_em) of the electrical machine ( 4 ) and the speed (n_mot) of the internal combustion engine ( 3 ) are synchronous after the end of the starting process.

4. Drive system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling is provided such that the rotor ( 6 ) of the electrical machine ne ( 4 ) on one of the vehicle transmission ( 1 ) facing the end of the crankshaft ( 2 ) or so rotatably connected shaft ( 7 ) is axially movably mounted, an axial acceleration path (x) from a starting position (S), in which the rotor is decoupled from the crankshaft ( 2 ) at the start of the electrical machine ( 4 ), for entrainment mereinrichtung ( 8 ) is provided, upon reaching which the crankshaft ( 2 ) is rotated by the rotor ( 6 ).

5. Drive system according to claim 4, characterized in that the acceleration path (x) is dimensioned so long that by means of the Schwungener energy of the rotor ( 6 ) upon reaching the Mitnehmereinrich device ( 8 ), the idle speed (n_ll) of the combustion engine ( 3rd ) is adjustable.

6. Drive system according to claim 4 or 5, characterized in that the starting position (S) is formed by a stop ( 13 ) which is arranged on the vehicle transmission ( 1 ) facing end of the acceleration path (x).

7. Drive system according to one of claims 4 to 6, characterized in that the entrainment device is designed as a stop ( 8 ), which is arranged on the end of the acceleration path (x) facing the internal combustion engine ( 3 ).

8. Drive system according to one of claims 4 to 7, characterized in that the entrainment device ( 8 ) is designed with a spring element ( 14 ).

9. Drive system according to claim 8, characterized in that a plate spring as Fe derelement ( 14 ) between the crankshaft ( 2 ) or with this rotatably connected shaft ( 7 ) and the rotor ( 6 ) is arranged.

10. Drive system according to one of claims 4 to 9, characterized in that the rotor ( 6 ) and the crankshaft ( 2 ) or with this rotatably connected ver shaft ( 7 ) in the region of the acceleration path (x) of the rotor ( 6 ) as Screw-nut unit ( 10 ) are trained.

11. Drive system according to claim 10, characterized in that the screw-nut unit ( 10 ) is formed with a ball screw, the rotor ( 6 ) on its inner diameter with a Ku gelgewinde nut ( 11 ) and the crankshaft ( 2 ) or the shaft ( 7 ) connected in a rotationally fixed manner as a ball screw ( 12 ).

12. Drive system according to one of claims 4 to 11, characterized in that between the driver device ( 8 ) and the rotor ( 6 ) a prestressed te spring ( 16 ) is arranged, which the rotor ( 6 ) of the electrical machine ( 4 ) in presses the start position (S).

13. Drive system according to one of claims 4 to 11, characterized in that the rotor ( 6 ) is controllable by an electronic control device such that it at a start of the electrical machine ne ( 4 ) by a rotary movement, which the rotary movement for acceleration of the rotor ( 6 ) on the acceleration path (x) is opposite, in the starting position ( 5 ) ge rotates.

14. Drive system according to one of claims 4 to 13, characterized in that at the start position (S) a holding device for holding the Ro tor ( 6 ) in generator mode or deactivated state of the electrical machine ( 4 ) is provided.

15. Drive system according to one of claims 4 to 12, characterized in that the rotor ( 6 ) in the region of its inner diameter on its with the slave device ( 8 ) facing side via an Axialla ger ( 17 ) with a plate device ( 18 ) for contact is connected to the driver device ( 8 ) and / or the receptacle of the pre-tensioned spring ( 16 ).

16. Drive system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling is provided such that the rotor ( 6 ) of the electrical machine ( 4 ) on one of the vehicle transmission ( 1 ) facing the end of the crankshaft ( 2 ) or with it rotatably connected NEN shaft ( 7 ) is rotatably mounted and connected to it via a spring element ( 19 ) such that the Federele element ( 19 ) builds up a spring characteristic curve at a defined number of revolutions of the rotor ( 6 ) accelerating from a starting position and the stationary crankshaft ( 2 ) is accelerated by means of the flywheel energy of the rotor ( 6 ) to a defined idling speed (n_ll) of the combustion engine ( 3 ).

17. Drive system according to claim 16, characterized in that the spring element is designed as a spiral spring ( 19 ).

18. Drive system according to claim 17, characterized in that the spiral spring ( 19 ) in generator operation of the electrical machine ( 4 ) or with deactivated internal combustion engine ( 3 ) expands into its starting position.

19. Drive system according to claim 17 or 18, characterized in that the spiral spring ( 19 ) abuts in its starting position on a radial expansion of the spiral spring ( 19 ) limiting stop ( 21 ).

20. Drive system according to claim 19, characterized in that the stop is formed as in the union union tubular pot ( 21 ).

21. Drive system according to one of claims 1 to 20, characterized in that the Koppe duration can be set as short as required using spring rates, preferably between 0.15 sec and 0.3 sec wearing.

22. Drive system according to one of claims 1 to 21, characterized in that the acceleration duration of the decoupled from the crankshaft ( 2 ) Ro tors ( 6 ) up to the coupling is arbitrarily adjustable, preferably 0.15 sec to 0.3 sec is.