DE19942085C2 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie Ölwanne - Google Patents

Description

Gemäß Patentanspruch 1 betrifft die Erfindung ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbren­ nungsmotor, einer an dem Verbrennungsmotor angebrachten Ölwanne und einem Stromführungsmittel zum elektrischen Verbinden von wenigstens einem ersten mit einem zweiten elektrischen Bauteil, die beide außerhalb der Ölwanne an­ geordnet sind.

Gemäß Patentanspruch 11 betrifft die Erfindung ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, einer an dem Verbrennungsmo­ tor angebrachten Ölwanne, und einer mit dem Verbrennungs­ motor gekoppelten oder koppelbaren elektrischen Maschine, die als Antriebsaggregat und/oder als Generator zur Stromerzeugung arbeitet, einem Speichermittel zum Spei­ chern von elektrischer Energie, insbesondere eine Fahr­ zeugbatterie, einem elektrischen Steuersystem zum Steuern der elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Ma­ schine und dem Speichermittel, und einem Stromführungs­ mittel, welches die elektrische Maschine mit dem Steuer­ system und das Steuersystem mit dem Speichermittel ver­ bindet.

Gemäß Patentanspruch 13 betrifft die Erfindung eine Ölwanne.

Ein solches Antriebssystem ist beispielsweise aus der DE 195 32 135 A1 mit der Be­ zeichnung "Antriebssystem, insbesondere für ein Kraft­ fahrzeug, Verfahren zum Betreiben desselben" des gleichen Anmelders bekannt. In dieser Druckschrift ist zwar die Ölwanne nicht ausdrücklich erwähnt, jedoch ist es be­ kannt, daß die meisten Verbrennungsmotoren mit Ölschmie­ rung/-kühlung eine tiefliegende, unterhalb der Kurbelwel­ le (sozusagen als Gehäuseunterteil des Kurbelwellengehäu­ ses) des Verbrennungsmotors angebrachte Ölwanne aufwei­ sen.

In solchen Antriebssystemen werden häufig Signale von einzelnen elektrischen Bauteilen mittels einfacher Kabel­ verbindungen durch den Motorraum (und um das Antriebssy­ stem herum) geführt. Diese Kabelverbindungen werden bei Montage des Antriebssystems in der Regel nach Zusammenbau der einzelnen mechanischen Bauteile verlegt und mit den entsprechenden elektrischen Bauteilen elektrisch verbun­ den. So können beispielsweise das erste und das zweite elektrische Bauteil an verschiedenen Gehäusestellen des Verbrennungsmotors befestigt sein, die bei der Montage mittels einer Kabelverbindung elektrisch miteinander ver­ bunden werden müssen. Diese Kabelverbindungen sind häufig umständlich zu montieren, da sie über die recht unregel­ mäßige Oberfläche des Verbrennungsmotorgehäuses verlegt werden müssen. Außerdem kann es im Falle niederohmiger Kabel mit einem großen Kabelquerschnitt äußerst schwierig sein, die damit einhergehenden äußerst biegesteifen Kabel bei der Montage so in Form zu biegen, daß sie möglichst eng anliegend an dem Motorgehäuse verlaufen.

Die DE 37 42 783 A1 zeigt einen innerhalb der Ölwanne an­ geordneten Meßfühler in Form eines Widerstandselementes, das auf einer rechteckigen Keramikplatte aufgedruckt und sich im wesentlichen über die gesamte Höhe der Ölwanne erstreckt. Üblich bei solchen innerhalb der Ölwanne ange­ ordneten Meßmitteln (Öldruck-, Öltemperatur- und Öl- Füllstandssensoren) ist ein einzelnes Anschlußkabel für dieses Sensorelement, das an einer bestimmten Stelle öl­ dicht aus der Ölwannenwandung in den Außenraum und zu der Auswerteelektronik geführt ist. Solche mit der Funktion der Ölwanne gekoppelte und innerhalb der Ölwanne angeord­ nete Meßfühler werden allgemein immer über ein Verbin­ dungskabel mit der Außenwelt verbunden, das im Hinblick auf Dichtigkeitsprobleme lediglich an einer Stelle durch die Ölwandung geführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssy­ stem zu schaffen, bei dem die Montage eines zwei elektri­ sche Bauteile verbindenden Stromführungsmittels erleich­ tert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe jeweils mit den Gegen­ ständen der Ansprüche 1, 11 und 13.

Bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der ersten erfindungsgemäßen Alternative wird danach bei einem gattungsgemäßen Antriebssystem der ersten Al­ ternative das Stromführungsmittel an einer ersten Stelle in die Ölwanne hineingeführt und verläuft von dort inner­ halb des Gehäuses der Ölwanne bis zu einer zweiten Stel­ le, an der es aus der Ölwanne herausgeführt wird, wobei die erste und die zweite Stelle voneinander beabstandet sind. Dies hat den Vorteil, daß zumindest Abschnitte bzw. Teile des Stromführungsmittels bereits vor Montage der Ölwanne an das Kurbelgehäuseoberteil in die Ölwanne mon­ tiert werden können. Mit dem Einbau der Ölwanne ist damit ein erheblicher, nach Montage des Verbrennungsmotors in den Motorraum schwer zugänglicher Abschnitt des Stromfüh­ rungsmittels bereits montiert. Da die Ölwanne in der Re­ gel gehäusemäßig einen größeren Platz unterhalb des Ver­ brennungsmotors einnimmt, können vorteilhaft bei entspre­ chend angeordneten Eintritts- und Austrittsstellen des Stromführungsmittels in die und aus der Ölwanne eine gro­ ße Strecke um den Verbrennungsmotor herum "vorverdrahtet" werden. Das Stromführungsmittel muß von der Eintritts- und der Austrittsstelle lediglich noch über kurze Strecken (z. B. mittels herkömmlicher Kabelanschlüsse) zu den beiden elektrischen Bauteilen geführt werden.

Das Verlegen des elektrischen Stromführungsmittels, nach­ folgend auch als elektrische Leitung bezeichnet, inner­ halb die Ölwanne hat weiterhin folgende Vorteile:

• - die elektrischen Leitungen können aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit, der Isolation, des Platzes, der Temperatur oder der Beständigkeit ge­ gen äußere Einflüsse innerhalb des Motors (Ölwanne) verlegt werden,
• - die elektrischen Leitungen sind innerhalb des Motors (Ölwanne) keinen äußeren Einflüssen ausgesetzt und brauchen daher nicht weiter geschützt zu werden, und
• - elektrische Leitungen, die einen hohen Strom führen, und daher leicht zu einer Erwärmung neigen, können durch das Motoröl zusätzlich gekühlt werden.

Mit dem Begriff "elektrisches Bauteil" ist jede Art von Bauteil gemeint, das beispielsweise ein Signal empfangen kann und in irgendeiner Form verarbeitet und gegebenen­ falls umsetzt, oder auch irgendein Signal erzeugt und ausgibt. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine elektri­ sche Maschine (z. B. der Elektromotor eines aus Verbren­ nungs- und Elektromotor bestehenden Hybridantriebssy­ stems) handeln, die eine Rotations- oder Translationsbe­ wegung in Antwort auf ein angelegtes elektrisches Signal erzeugen kann. Außerdem kann es sich um einen Sensor han­ deln, der irgendeinen Meßwert erfaßt und in ein elektri­ sches Signal umwandelt. Am Antriebssystem eines Kraft­ fahrzeuges befinden sich in der Regel die verschiedensten elektrischen Bauteile, welche für die Steuerung des Be­ triebs des Verbrennungsmotors und/oder anderer Kraftfahr­ zeugteile vorgesehen sind. So kann beispielsweise das er­ ste elektrische Bauteil der Anlasser oder die Lichtma­ schine sein und das zweite elektrische Bauteil die Batte­ rie. Die beiden elektrischen Bauteile sind jedoch nicht auf Bauteile beschränkt, die funktionell und/oder räum­ lich mit dem Antriebssystem gekoppelt sind. Es kann sich hierbei auch um elektrische Bauteile in der Fahrgastzel­ le, im Motorraum oder an anderen Stellen eines Kraftfahr­ zeugs handeln.

Unter der Anordnung der elektrischen Bauteile "außerhalb" der Ölwanne wird verstanden, daß sich keines der beiden Bauteile innerhalb der Ölwanne befindet. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die elektrischen Bauteile direkt an der Außenwand des Ölwannengehäuses angebracht oder indessen Nähe vorgesehen sein müssen. Vielmehr können sie auch im beliebigen Abstand zur Ölwanne am Antriebssystem oder sonstwo im Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Die elektrische Verbindung dieser beiden elektrischen Bauteile miteinan­ der über ein innerhalb der Ölwanne verlaufendes Stromfüh­ rungsmittel kann dann zweckmäßig sein, wenn beispielswei­ se einer oder mehrere der obigen Vorteile erzielt werden.

Mit dem Begriff "Stromführungsmittel" ist (insbesondere im Falle einer Ölwanne aus einem elektrisch leitenden Ma­ terial, das zusätzlich mit der Fahrzeugmasse elektrisch leitend verbunden ist) in den meisten Fällen eine von der Kraftfahrzeugmasse unabhängige elektrische Leitung ge­ meint. Lediglich im Falle eines elektrisch nicht leiten­ den Ölwannengehäuses kann das Stromführungsmittel auch auf die Fahrzeugmasse gelegt werden.

Die Kraftfahrzeugmasse ist in der Regel an allen elek­ trisch leitenden Materialien des Verbrennungsmotors ab­ greifbar, sofern dieses Material in durchgehender elek­ trischer Verbindung mit dem Masseanschluß der Batterie steht. Gewöhnlich ist das Ölwannengehäuse über den Ver­ brennungsmotor mit dem Masseanschluß der Batterie elek­ trisch leitend verbunden. Diese Art von Stromführung wird nicht unter dem Begriff "Stromführungsmittel" verstanden.

Bei der zweiten erfindungsgemäßen Alternative wird danach bei einem gattungsgemäßen Antriebssystem der zweiten Al­ ternative das Steuersystem innerhalb der Ölwanne angeord­ net und das Stromführungsmittel an ein und derselben Stelle durch die Ölwannenwandung geführt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Ölwanne für ein ent­ sprechendes Antriebssystem, in die ein Stromführungsmit­ tel integriert ist, das an einer ersten Stelle in die Öl­ wanne hinein geführt ist und das bei einem Antriebssystem gemäß der zweiten Alternative an derselben oder das bei einem Antriebssystem gemäß der ersten Alternative an ei­ ner zweiten Stelle aus der Ölwanne heraus geführt ist, wobei die erste und die zweite Stelle voneinander beab­ standet sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Stromführungsmittels innerhalb der Ölwanne läßt sich besonders vorteilhaft bei einem Antriebssystem verwenden, bei welchem das erste elektrische Bauteil bevorzugt eine mit dem Verbrennungs­ motor gekoppelte oder koppelbare elektrische Maschine ist, die als Antriebsaggregat und/oder als Generator zur Stromerzeugung arbeitet. Dabei wird unter einer "direkten" Kopplung insbesondere eine getriebelose Kopp­ lung des Läufers der elektrischen Maschine mit der Trieb­ welle des Verbrennungsmotors verstanden. Derartige elek­ trische Maschinen müssen insbesondere in neueren An­ triebssystemen, die als Hybridsysteme ausgebildet sind, mit hohen Strömen versorgt werden, die wiederum über Stromzuleitungen mit großem Leitungsquerschnitt geführt werden müssen. Das herkömmliche Verlegen solcher Kabel war wegen der durch den großen Querschnitt bedingten Bie­ gesteifigkeit äußerst mühsam. Mit der Erfindung kann hier erstmals über einen großen Streckenbereich der Kabelver­ legung einfach Abhilfe geschaffen werden.

Bei dem zweiten elektrischen Bauteil handelt sich bevor­ zugt um ein elektrisches System zum Liefern von Strom an die als Antriebsaggregat arbeitende elektrische Maschine und/oder zum Speichern von Strom von der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine. Bei diesem elektri­ schen System kann es sich um die Fahrzeugbatterie han­ deln, welche der als Antriebsaggregat arbeitenden elek­ trischen Maschine den nötigen Strom zum Beispiel beim An­ lassen des Motors liefert. Das elektrische System kann dabei so ausgelegt sein, daß es die Bordspannung des Kraftfahrzeugs von üblicherweise 12 Volt auf eine höhere Spannung transformiert und diese über das Stromführungs­ mittel an die elektrische Maschine anlegt. Im Falle eines Drehfeldmotors als elektrische Maschine kann das elektri­ sche System auch zum Erzeugen der drei Phasen des elek­ trischen Drehfeldes in Abhängigkeit eines externen Steu­ ersignals ausgelegt sein. Diese drei Phasen werden dann von dem Stromführungsmittel mittels dreier "Adern" an den Drehfeldmotor geführt.

Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Alternative (Patentanspruch 11) ist das elektrische (Steuer)-System innerhalb der Ölwanne ange­ ordnet und in den innerhalb der Ölwanne verlaufenden Ab­ schnitt des Stromführungsmittels zwischengeschaltet. Hierzu ist die Ölwanne bevorzugt so geformt, daß sie ei­ nen zusätzlichen Raum für die Integration des elektri­ schen (Steuer)-Systems schafft, das mit dem integrierten Stromführungsmittel innerhalb der Ölwanne elektrisch ver­ bunden ist. Vorteilhaft wird hiermit eine sehr einfache Montage ermöglicht wie auch eine bestmögliche Abschirmung der neuralgischen elektrischen Verbindung zwischen elek­ trischem (Steuer)-System und elektrischer Maschine er­ zielt.

Bevorzugt ist auch bei der ersten erfindungsgemäßen Al­ ternative (Patentanspruch 1) entweder das elektrische (Steuer)-System oder aber auch ein anderes Bauteil als drittes elektrisches Bauteil in der Ölwanne angeordnet, wenn dies aus Abschir­ mungs-, Platz-, und/oder Kühlgründen oder wegen der Nähe zu dem ersten und/oder zweiten elektrischen Bauteil und der damit einhergehenden kürzeren Länge des diese beiden Bauteile verbindenden Stromführungsmittels, etc. einen Vorteil bringt. Dabei soll unter einem solchen dritten Bauteil kein Bauteil verstanden werden, daß bereits funk­ tionsmäßig mit der Ölwanne oder dem Ölkreislaufsystem ge­ koppelt ist (z. B. ein an der Ölwanne angebrachter Öltem­ peratur-, Ölstands- oder Öldrucksensor). Das dritte Bau­ teil ist vielmehr ein Bauteil, das bislang außerhalb der Ölwanne angeordnet war, da es in keinerlei funktionellem Zusammenhang mit der Ölwanne bzw. dem Ölkreislaufsystem stand, und das nunmehr aufgrund obiger Überlegungen in die Ölwanne integriert wird.

Bevorzugt umfaßt das Stromführungsmittel wenigstens eine innerhalb der Ölwanne freiliegende, im Öl schwimmende Stromschiene. Insbesondere im Kleinspannungsbereich kann auf eine Isolierung des Stromführungsmittels innerhalb der Ölwanne verzichtet werden. Dies führt vorteilhaft zu einer kostengünstigen und leichten Montage der Strom­ schiene in die Ölwanne. Dabei muß lediglich darauf geach­ tet werden, daß im Falle eines elektrisch leitenden Öl­ wannengehäuses die Stromschiene von dem Ölwannengehäuse elektrisch isoliert ist. Im Falle eines elektrisch nicht leitenden Ölwannengehäuses kann die Stromschiene auch als Weiterleitung der Fahrzeugmasse eingesetzt werden. Durch den direkten Kontakt der Stromschiene mit dem sich inner­ halb der Ölwanne befindlichen Öl ist eine besondere gute Kühlung der Stromschiene gegeben.

Bevorzugt umfaßt das Stromführungsmittel wenigstens zwei freiliegende Stromschienen, die innerhalb der Ölwanne zum Vermeiden von Kurzschlüssen um einen vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet verlaufen. Abhängig von den auf den jeweiligen Stromschienen liegenden Spannungen können diese mit einem entsprechenden Abstand voneinander inner­ halb der Ölwanne sozusagen kurzschlußfrei montiert wer­ den, wobei weiterhin vorteilhaft der gute Kühleffekt durch den direkten Kontakt der Stromschienen mit dem Öl beibehalten wird.

Bevorzugt umfaßt das Stromführungsmittel wenigstens eine innerhalb der Ölwanne verlaufende isolierte Ader. Bei der Ader kann es sich ebenfalls um eine isolierte Stromschie­ ne handeln, die beispielsweise mit weiteren isolierten und/oder nicht isolierten Stromschienen kombiniert ist. Eine Isolierung ist immer dann vorteilhaft, wenn hohe Spannungen übertragen werden.

Bei einigen Verbrennungsmotoren erstreckt sich das Gehäu­ se der Ölwanne bis zu einem Flanschbereich des Verbren­ nungsmotors, an dem beispielsweise ein Getriebe, eine Schwungscheibe, eine Kupplung und/oder ein Anlasser an­ geflanscht sind. In diesem Flanschbereich ist insbesonde­ re bei einem Hybrid-Antriebssystem, bestehend aus Ver­ brennungsmotor und elektrischer Maschine, die elektrische Maschine angeflanscht. Bevorzugt umfaßt das Stromfüh­ rungsmittel bei einer solchen Anordnung ein Stec­ ker/Buchsensystem im Gehäuse der Ölwanne und im Gehäuse der elektrischen Maschine, das derart angeordnet ist, daß Stecker und Buchse des Stecker/Buchsensystems bei einge­ bauter Ölwanne steckschlüssig verbunden sind. Dies gilt selbstverständlich für beide Fälle, daß im Gehäuse der Ölwanne eine entsprechende Buchse und im Gehäuse der elektrischen Maschine ein entsprechender Stecker oder um­ gekehrt Vorgesehen sind. Vorteilhaft wird mit Einbau der Ölwanne, die meist bei Montageende unten auf den Verbren­ nungsmotor aufgesetzt wird, die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem durch die Öl­ wanne verlaufenden Abschnitt des Stromführungsmittels oh­ ne zusätzlichen Montageaufwand (keine zusätzliche Ver­ drahtungsarbeit) hergestellt.

Selbst wenn die Ölwanne nicht ganz bis an den Flanschbe­ reich heranreicht, können Stecker und Buchse in Ölwanne und elektrischer Maschine so einander gegenüberliegend angeordnet werden, daß eine einfach zu montierende (ggf. starr ausgebildete) elektrische Überbrückung nachträglich zwischen Stecker und Buchse gesteckt werden kann.

Bei der ersten erfindungsgemäßen Alternative ist das elektrische System bevorzugt seitlich am Verbrennungsmo­ tor, insbesondere an der ehemaligen Lichtmaschinenpositi­ on angebracht. Vorteilhaft ist diese Stelle leicht von außen zugänglich (meist von unten im Motorraum). Insofern kann auf das elektrische System für Einstellungs-, War­ tungs- oder Nachrüstarbeiten einfach zugegriffen werden.

Bei der vorgenannten bevorzugten Anordnung des elektri­ schen Systems umfaßt das Stromführungsmittel an der zwei­ ten und/oder ersten Stelle bevorzugt ein Stec­ ker/Buchsensystem im Ölwannengehäuse, das in Gehäusenähe des elektrischen Systems vorgesehen ist und zum elektri­ schen Anschluß des elektrischem Systems dient. Hiermit wird noch einmal die Montage des elektrischen Systems, insbesondere die elektrische Verbindung mit der elektri­ schen Maschine stark vereinfacht.

Die Erfindung sowie weitere Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die einzige Figur näher erläutert. Die Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Kurbelwelle durch die Ölwanne und den unteren Kurbelwellenabschnitt eines Verbrennungsmotors.

Gemäß der einzigen Figur weist ein Antriebssystem eines Kraftfahr­ zeuges, zum Beispiel eines Personenkraftwagens, als An­ triebsaggregat einen Verbrennungsmotor 1 auf, bei dem es sich beispielsweise um einen Vierzylinder-Viertakt-Otto- oder Diesel-Motor handeln kann. Das vom Verbrennungsmotor 1 erzeugte Drehmoment kann über einen Antriebsstrang, der eine Kurbelwelle 2 umfaßt auf Antriebsräder übertragen werden. In Abtriebsrichtung ist im Antriebsstrang nach dem Verbrennungsmotor 1 zunächst eine elektrische Maschi­ ne 3 angeordnet. Auf diese folgen gewöhnlich eine Fahr­ kupplung, ein Getriebe sowie ein Achsantrieb, der das Drehmoment auf die Antriebsräder überträgt. Es kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel im Antriebsstrang zwi­ schen Verbrennungsmotor 1 und elektrischer Maschine 3 ei­ ne weitere (durch Steuerung betätigte) Kupplung angeord­ net sein, mit der ein Mitlaufen des Verbrennungsmotors 1 vermieden wird, wenn die elektrische Maschine 3 als Brem­ se arbeitet.

Die elektrische Maschine 3 kann eine Drehstrom-Wander­ feld-Maschine in Asynchron- oder Synchron-Bauart sein mit einem Ständer und einem Läufer. Der Ständer stützt sich drehfest gegen den Verbrennungsmotor 1, wohingegen der Läufer direkt auf einer Triebwelle (Kurbelwelle 2) des Verbrennungsmotors 1 oder einer Verlängerung hiervon sitzt und mit dieser drehfest gekoppelt ist. Die Trieb­ welle und der Läufer können also gemeinsam rotieren, ohne Zwischenschaltung eines Getriebes.

Dabei kann die elektrische Maschine 3 mehrere Funktionen erfüllen: Einerseits kann sie als Starter arbeiten, ande­ rerseits als Generator zur Ladung einer Fahrzeugbatterie und zur Versorgung elektrischer Verbraucher (somit als Ersatz für eine herkömmlicherweise im Kraftfahrzeug vor­ handene Lichtmaschine), ferner kann die Generatorfunktion auch zum Abbremsen des Fahrzeuges oder des Verbrennungs­ motors 1 dienen. Die elektrische Maschine 3 kann auch als Zusatzmotor ("Buster") fungieren, um zum Beispiel den Verbrennungsmotor 1 beim Beschleunigen des Fahrzeugs zu unterstützen, sie kann auch als aktiver Drehungleichför­ migkeitstilger und letztendlich aufgrund des Massenträg­ heitsmomentes ihres Läufers als Schwungrad dienen und so­ mit das bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen im allgemeinen für diesen Zweck vorhandene, auf der Kurbelwelle 2 sit­ zende Schwungrad ersetzen.

Die elektrische Maschine 3 wird von einem elektrischen System (nicht dargestellt) mit den erforderlichen Span­ nungen und Strömen versorgt und liefert im Generatorbe­ trieb entsprechende Spannungen und Ströme zurück an das elektrische System. Die elektrischen Signale zur Ansteue­ rung der elektrischen Maschine 3 können pulsweiten-modu­ lierte (Sinus)-Spannungsimpulse mit einer sehr hohen Taktfrequenz (zum Beispiel 100 KHz) sein, die unter Wir­ kung der Maschineninduktivität im wesentlichen sinusför­ mige Dreiphasen-Ströme ergeben. Die Amplitude, Frequenz und Phase der Sinusspannungsimpulse ist dabei frei vor­ wählbar.

Ein solches elektrisches System kann hierfür einen Wech­ selrichter mit drei Baugruppen aufweisen: einen Gleich­ spannungsumsetzer, welcher eine Gleichspannung von einem niedrigeren Niveau (beispielsweise der Bordspannung von 12 Volt) auf ein höheres Zwischenkreisniveau (beispiels­ weise 350 Volt) und in umgekehrter Richtung umsetzt, ei­ nen elektrischen Zwischenkreisspeicher (zum Beispiel ein Kondensator bzw. eine Anordnung parallel geschalteter Kondensatoren) und einen Maschinenwechselrichter als Aus­ gangsbaugruppe, der aus der Zwischenkreis-Gleichspannung die (getaktete) Dreiphasen-Wechselspannung variabler Amplitude, Frequenz und Phase erzeugen kann. Bei genera­ torischem Betrieb der elektrischen Maschine kann der Ma­ schinenwechselrichter die Wechselspannungen in die Zwi­ schenkreis-Gleichspannung umsetzen.

Das elektrische System kann jedoch bei einer Bordspannung von 42 V (die elektrische Fahrzeugbatterie liefert eine 36 V Spannung) auch ohne den Zwischenkreis arbeiten, also lediglich den gepulsten Drehstrom erzeugen, ohne Trans­ formation auf das höhere Spannungsniveau.

Die Baugruppen des elektrischen Systems sind in einem me­ tallischen Gehäuse hermetisch eingeschlossen, das gewöhnlich an der Stelle der ehemals am Verbrennungsmotor 1 vorgesehenen Lichtmaschine angebracht ist. Diese Stelle befindet sich im Motorraum des Kraftfahrzeuges gewöhnlich - in Fahrtrichtung gesehen - an der linken oder rechten Seite des Verbrennungsmotors.

Bei Triebwerken eines Kraftfahrzeuges ist der Verbren­ nungsmotor 1 meist mit einer tiefliegenden Ölwanne 4 aus­ gebildet, die sich häufig als Gehäuseunterteil des Kur­ belwellengehäuses 5 um einen großen Abschnitt des Ver­ brennungsmotorunterteils erstreckt. Am Flanschbereich des Verbrennungsmotors 1 zum Kupplungsgehäuse ist bei Hybrid­ antrieben gewöhnlich anstelle der Schwungscheibe der Läu­ fer eines Elektromotors (die elektrische Maschine 3) drehfest mit der Abtriebsseite der Kurbelwelle 2 gekop­ pelt. In reinen Verbrennungsmotorantrieben befindet sich in Nähe der Schwungscheibe der Anlasser, dessen Ritzel in eine Außenverzahnung der Schwungscheibe eingreifen. Bei beiden Antriebsarten müssen die elektrischen Maschinen (Anlasser oder Elektromotor 3) mit Strom versorgt werden. Im Falle eines Hybridsystems kann der Elektromotor 3 (z. B. im Bremsbetrieb oder normalen Fahrbetrieb) auch als Generator fungieren, der dann Strom an die Fahrzeugbatte­ rie erzeugt.

Die Ölwanne 4 ist nunmehr erfindungsgemäß so ausgestal­ tet, daß für den Elektromotor 3 des Hybridantriebssystems drei Stromschienen 6 zum Führen der drei Phasen des Dreh­ stromes an der Innenwand der Ölwanne 4, elektrisch iso­ liert von letzterer angebracht sind (sie können auch frei durch den Innenraum der Ölwanne 4 verlaufen, wobei sie lediglich an den Eintritts- und Austrittstellen in und aus die Ölwanne festgelegt sind und zwischen diesen Stel­ len aufgrund ihrer Biegesteifigkeit starr verlaufen). Je nach Versorgungsspannung pro Stromschiene 6 (42 Volt bis 350 Volt) kann diese zusätzlich mit einer Isolierschicht umgeben sein. Wenn die Stromschienen 6 mit genügendem Ab­ stand voneinander verlegt werden, kann im Kleinspannungsbereich (42 V) auf eine Isolierung verzichtet werden. Da das Motoröl ein zusätzliches Kühlmedium für die elektri­ schen Leitungen 6 darstellt, können die Stromschienen 6 mit etwas geringerem Querschnitt dimensioniert werden, im Vergleich zu herkömmlichen außerhalb der Ölwanne 4 ver­ laufenden Kabeln. Außerdem kann auf eine elektromagneti­ sche Abschirmung der Stromschienen 6 innerhalb der Ölwan­ ne 4 verzichtet werden (im Falle eines elektrisch leiten­ den Ölwannengehäuses), die außerhalb der Ölwanne 4 auf­ grund der hohen übertragenen Ströme und deren hohen Fre­ quenz hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglich­ keit unverzichtbar ist (meist mittels Koax-Kabeln). Bei Einbau der Ölwanne 4 sind die Stromschienen 6 innerhalb des Verbrennungsmotors keinen äußeren Einflüssen ausge­ setzt und brauchen daher auch nicht weiter geschützt zu werden.

Die Stromschienen 6 werden im Flanschbereich zwischen Verbrennungsmotor 1 und Getriebe (Kupplung, Schwungschei­ be, Elektromotor 4 etc.) mittels eines öldicht im Ölwan­ nengehäuse eingebauten Stecker/Buchsensystems 7 aus der Ölwanne 4 herausgeführt, der so angeordnet ist, daß er bei eingebauter Ölwanne 4 in steckschlüssiger Verbindung mit dem komplementären Buchsen/Steckersystem 7 am Flanschgehäuse der elektrischen Maschine 3 kommt. Das Buchsen/Steckersystem in der elektrischen Maschine ist seinerseits mit drei innerhalb des Gehäuses der elektri­ schen Maschine 3 verlaufenden Stromschienen 8 (UVW- Schienen) elektrisch verbunden, welche mit den entspre­ chenden Statorwicklungen des Elektromotors 3 verbunden sind. Sie können ebenfalls direkt (ohne Zwischenschaltung der drei Stromschienen 8) mit den Statorwicklung eines Anlassers, etc. verbunden sein. Dabei können Stecker und Buchse des Stecker/Buchsensystems 7 so ausgebildet sein, daß sie in steckschlüssiger Verbindung eine Abschirmung der einzelnen "Adern" gegenüber dem Außenraum schaffen. Somit ist eine durchgehende Abschirmung von den Statorwicklungen bis zum Ausgang des Stromführungsmittels 6 aus der Ölwanne 4 geschaffen.

Die Stromschienen 6 werden an der ehemaligen Lichtmaschi­ nenposition ebenfalls über ein entsprechendes in der Öl­ wanne 4 öldicht eingebautes Stecker/Buchsensystem 9 nach außen geführt. Das Stecker/Buchsensystem 9 befinden sich dabei in Gehäusenähe des Steuersystems, so daß für den elektrischen Anschluß des Steuersystems an dieses Stec­ ker/Buchsensystem 9 nur noch eine kurze Strecke zu über­ brücken ist. Diese Überbrückung kann mit einem entspre­ chenden abgeschirmten Koax-Kabel erfolgen. Das Gehäuse des elektrischen Systems kann auch bis an das Stec­ ker/Buchsensystem 9 heranreichen, so daß auf das Koax- Kabel verzichtet werden kann.

Gemäß einem nicht dargestellten alternativen Ausführungs­ beispiel kann die Ölwanne 4 so geformt sein, daß sie in ihrem Innenraum Platz für die Aufnahme des elektrischen Systems hat. Das elektrische System kann dabei in das in­ nerhalb der Ölwanne 4 verlaufende Stromführungsmittel 6 zwischengeschalten sein. Dabei führen weiterhin drei Stromschienen 6 von dem elektrischen System zu dem Stec­ ker/Buchsensystem 7, während beispielsweise nur ein oder zwei Stromschienen von dem elektrischen System zu dem beispielsweise mit der Fahrzeugbatterie gekoppelten Stec­ ker/Buchsensystem 9 führen.

Das innerhalb der Ölwanne 4 angeordnete elektrische Sy­ stem kann auch lediglich mit dem einen Stec­ ker/Buchsensystem 7 gekoppelt sein, wobei zusätzlich zu den drei bestehenden Stromschienen 6 eine oder mehrere Stromschienen zwischen diesen beiden für die elektrische Versorgung des elektrischen Systems vorgesehen sein kön­ nen. Diese eine oder mehreren Stromschienen können eben­ falls innerhalb der elektrischen Maschine neben den be­ stehenden Stromschienen 8 vorgesehen werden und an einer geeigneten Stelle aus dem Gehäuse der elektrischen Maschine für den Anschluß an beispielsweise die Fahrzeug­ batterie heraus geführt werden. Das elektrische System kann innerhalb der Ölwanne 4 auch so an dem Stec­ ker/Buchsensystem 7 angeordnet sein, daß die Stromschie­ nen 6 weggelassen werden können.

Für weitere Details der Erfindung, insbesondere des aus elektrischer Maschine 3 und elektrischem (Steuer)-System bestehenden Antriebssystems wird auf die DE 195 32 135 A1 verwiesen.

Claims (16)

1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit:

• a) einem Verbrennungsmotor (1),
• b) einer an dem Verbrennungsmotor (1) angebrachten Ölwanne (4), und
• c) einem Stromführungsmittel (6-9) zum elektrischen Verbinden von wenigstens einem ersten mit einem zweiten elektrischen Bauteil (3), die beide au­ ßerhalb der Ölwanne (4) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Stromführungsmittel (6-9) an einer ersten Stelle in die Ölwanne hineingeführt wird und von dort innerhalb des Gehäuses der Ölwanne (4) ver­ läuft bis zu einer zweiten Stelle, an der es aus der Ölwanne herausgeführt wird, wobei die erste und die zweite Stelle voneinander beabstandet sind.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Antriebssystem das er­ ste elektrische Bauteil eine mit dem Verbrennungsmo­ tor (1) gekoppelte oder koppelbare elektrische Ma­ schine (3) ist, die als Antriebsaggregat und/oder als Generator zur Stromerzeugung arbeitet.

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Antriebssystem das zweite elektrische Bauteil ein elektrisches System zum Liefern von Strom an die als Antriebsaggregat arbeitende elektrische Maschine (3) und/oder zum Speichern von Strom von der als Generator arbeiten­ den elektrischen Maschine (3) ist.

4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Antriebssystem das elektrische System als drittes elektrisches Bauteil innerhalb der Ölwanne (4) angeordnet ist und in den innerhalb der Ölwanne (4) verlaufenden Abschnitt (6) des Stromführungsmittels (6-9) zwischengeschaltet ist.

5. Antriebssystem nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromführungsmittel (6-9) we­ nigstens eine innerhalb der Ölwanne (4) freiliegen­ de, im Öl schwimmende Stromschiene (6) umfaßt.

6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromführungsmittel (6-9) wenigsten zwei freiliegen­ de Stromschienen (6) umfaßt, die innerhalb der Öl­ wanne (4) zum Vermeiden von Kurzschlüssen um einen vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet verlau­ fen.

7. Antriebssystem nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromführungsmittel (6-9) we­ nigstens eine innerhalb der Ölwanne (4) verlaufende isolierte Ader umfaßt.

8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Ölwanne (4) bis zu dem Flanschbereich zwischen Verbrennungsmotor (1) und elektrischer Maschine (3) geführt ist und das Strom­ führungsmittel (6-9) an der ersten und/oder zweiten Stelle ein Stecker/Buchsensystem (7) jeweils im Ge­ häuse der Ölwanne (4) und im Gehäuse der elektri­ schen Maschine (3) umfaßt, das derart angeordnet ist, daß Stecker und Buchse des Stec­ ker/Buchsensystems (7) bei eingebauter Ölwanne (4) steckschlüssig verbunden sind.

9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische System seitlich am Verbren­ nungsmotor (1) angebracht ist, insbesondere an der ehemaligen Lichtmaschinenposition.

10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromführungsmittel (6-9) an der zweiten und/oder ersten Stelle ein Stecker/Buchsensystem (9) im Öl­ wannengehäuse umfaßt, das in Gehäusenähe des elek­ trischen Systems vorgesehen ist und zum elektrischen Anschluß des elektrischen Systems dient.

11. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit:

• a) einem Verbrennungsmotor (1),
• b) einer an dem Verbrennungsmotor (1) angebrachten Ölwanne (4), und
• c) einer mit dem Verbrennungsmotor (1) gekoppelten oder koppelbaren elektrischen Maschine (3), die als Antriebsaggregat und/oder als Generator zur Stromerzeugung arbeitet,
• d) einem Speichermittel zum Speichern von elektri­ scher Energie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie,
• e) einem elektrischen Steuersystem zum Steuern der elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Speichermittel, und
• f) einem Stromführungsmittel (6; 7; 9), welches die elektrische Maschine (3) mit dem Steuersystem und das Steuersystem mit dem Speichermittel verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Steuersystem innerhalb der Ölwanne angeordnet ist und das Stromführungsmittel (6; 7; 9) an ein- und derselben Stelle durch die Ölwannenwandung ge­ führt ist.

12. Antriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromführungsmittel (6; 7; 9) gemäß einem der An­ sprüche 5 bis 8 ausgebildet ist.

13. Ölwanne für ein Antriebssystem nach einem der An­ sprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Ölwanne ein Stromführungsmittel (6; 7; 9) integriert ist, das für ein Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10 an einer ersten Stelle (7) in die Ölwanne (4) hinein geführt ist und an einer zweiten Stelle (9) aus der Ölwanne (4) her­ aus geführt ist, wobei die erste und die zweite Stelle voneinander beabstandet sind, oder das für ein Antriebssystem nach Anspruch 11 oder 12 an ein- und derselben Stelle in die Ölwanne (4) hinein und aus der Ölwanne (4) heraus geführt ist.

14. Ölwanne nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölwanne so geformt ist, daß sie einen zusätzlichen Raum für die Integration des elektrischen System nach Anspruch 3 schafft, das mit dem integrierten Stromführungsmittel (6; 7; 9) in­ nerhalb der Ölwanne elektrisch verbunden ist.

15. Ölwanne nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ölwanne das Stromführungsmittel (6-9) wenigstens eine innerhalb der Ölwanne (4) freiliegende, im Öl schwimmende Stromschiene (6) umfaßt.

16. Ölwanne nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ölwanne die Strom­ schiene (6) an der Innenwand des Ölwannengehäuses angebracht ist.