DE20118908U1 - Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs

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Description

Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem ein Differential aufweisenden Abtriebsstrang und einem im Abtriebsstrang integrierten Elektromotor.
Es ist bereits ein Hybridantrieb als Ergänzung zu einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug aus der Wo 98/31559 bekannt. Dem Motor sind hierbei Achsglieder zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments an letztlich ein getriebenes Rad, Getriebeglieder zur Realisierung eines gestuften Verhältnisses zwischen Eingangsseite am Motor und Ausgangsseite zu den Achsgliedern hin und ein Elektromotor zur Unterstützung des Antriebsdrehmoments zugeordnet. Ferner sind Steuer- und Kontrolleinheiten vorgesehen, die einen Abfall des Antriebsdrehmoments des Verbrennungsmotors durch Zuschalten des Elektromotors ausgleichen. Der Elektromotor steht hierbei über eine Kupplung direkt mit der Kardanwelle in Wirkverbindung. Eine Anordnung des Elektromotors an anderer Stelle als der aufgezeigten ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektroantrieb derart auszubilden und anzuordnen, daß eine einfache und kostengünstige Einbindung des Elektromotors in den Kraftfluß des Radantriebs gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß eine Hauptwelle des Elektromotors direkt mit einem Zahnkranz des
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Differentials form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, daß unter vollständigem Beibehalt des Verbundes aus Verbrennungsmotor, Kupplung und Schaltgetriebe, insbesondere für zweiradgetriebene Serienfahrzeuge, die Integration eines elektrischen Zusatzantriebs möglich ist. Konstruktive Änderungen an Verbrennungsmotor, Kupplung oder Schaltgetriebe werden vermieden. Es ist lediglich eine Kupplung des Elektromotors an einen Zahnkranz bzw. an ein Antriebsteil des Differentials der Antriebswelle bzw. der Antriebsräder notwendig. Die Einbindung in schon vorhandene Radantriebe ist verhältnismäßig einfach und kostengünstig. Auch bei zweiradgetriebenen Kraftfahrzeugen ist somit eine Anfahrunterstützung, insbesondere im Hinblick auf eine Start-Stopp -Funkt ion, eine Kompensation bzw. eine Ergänzung der Zugkraftunterbrechung beim Schalten des Schaltgetriebes, eine Boostfunktion zur kurzzeitigen Unterstützung des Antriebsmoments des Verbrennungsmotors, eine Rückgewinnung der Bremsenergie beim Ausrollen bzw. Abbremsen sowie ein Generatorbetrieb des Elektromotors zum Laden des Energiespeichers möglich.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß zwischen der Hauptwelle und dem Zahnkranz ein Übersetzungsgetriebe angeordnet ist, wobei das Übersetzungsgetriebe als form-, kraftschlüssiges oder dynamisches Getriebe ausgebildet ist. Somit kann das vom Elektromotor abgegebene Drehmoment im Bereich seines günstigen Betriebspunktes entsprechend der Differentialdrehzahl eingeleitet werden.
Ferner ist es vorteilhaft, daß zwischen der Hauptwelle und dem Zahnkranz eine Kupplung angeordnet ist, wobei die Kupplung form- oder kraftschlüssig ausgebildet ist. Dadurch kann der Elektromotor vom Antriebsstrang getrennt werden. Bei
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Verwendung einer dynamischen Kupplung ist es möglich, das Verhältnis der Drehzahlen von Differential und Elektromotor über die dynamischen Kupplung zu regeln.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Elektromotor mit einem Energiespeicher in Wirkverbindung steht und als Generator dient. Die vorhandene kinetische Energie des fahrenden Kraftfahrzeugs kann somit bei einem Bremsvorgang über den Generator teilweise dem Energiespeicher zugeführt bzw. zurückgeführt werden.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß der Elektromotor ein Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ergänzt oder ersetzt. Zum einen können Schaltvorgänge des Schaltgetriebes und die damit verbundene Zugkraftunterbrechung des Verbrennungsmotors ausgeglichen werden. Zusätzlich kann die Antriebsleistung des Elektromotors aber auch in jedem anderen Betriebspunkt in den Antriebsstrang eingeleitet werden.
Patentanspruch 8 zeigt eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung, welche einen tiefen Schwerpunkt
des gesamten Antriebsstranges ermöglicht. Damit gehen Vorteile der Fahrdynamik einher.
Patentanspruch 9 zeigt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes nach Patentanspruch 8, bei welchem der Elektromotor auf kleinstem Bauraum in den Antriebsstrang integrierbar ist.
Patentanspruch 10 zeigt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes nach Patentanspruch 9, bei
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welcher die Möglichkeit geschaffen wird, den Antriebsstrang derart anzuordnen, dass die schweren Bauteile Verbrennungsmotor und Elektromotor in der Fahrzeugmittenebene liegen.
Patentanspruch 11 zeigt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes nach Patentanspruch 10, welche eine weitergehende Möglichkeit zum Aufbau eines kompakten Antriebsstranges zeigt, indem die Anzahl der Gänge mittels zwei Zahnradstufen am Differential verdoppelt wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine Schemaskizze einer
Verbrennungskraftmaschine mit
zusätzlichem Elektromotor,
Figur 2 ein Diagramm eines Drehmomentverlaufs
während eines Schaltvorgangs,
Figur 3 eine detaillierte Schemaskizze des
Antriebsstranges aus Figur 1 und
Figur 4 eine perspektivische und detaillierte
Darstellung des Antriebsstranges aus
Figur 3.
In Figur 1 zeigt einen Antriebsstrang. Es ist ein Verbrennungsmotor 1 dargestellt, der über ein Schaltgetriebe 2
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mit einem Differential 3 in Wirkverbindung steht. Das Differential 3 steht über eine Rad- oder Antriebsachse 4, 4' mit zwei Antriebsrädern 5, 5' in Verbindung. Zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor 1 ist ein Elektromotor 6 bzw. eine Hauptwelle 17 des Elektromotors 6 über eine Kupplung 7 und ein Getriebe 8 mit dem Differential 3 verbunden.
Hierbei weist das Getriebe 8 eine Differentialwelle 9 auf, die direkt mit einem Kegel- bzw. Hauptzahnrad des Differentials 3 in Wirkverbindung steht.
Der Kraftfluß an das Differential 3 erfolgt somit auf zwei verschiedenen Wegen. Zum einen wird ein vom Verbrennungsmotor 1 abgegebenes Antriebsmoment 11 über das Schaltgetriebe 2 an das Differential 3 übertragen. Ferner wird ein Ergänzungsmoment 12 des Elektromotors 6 über die Kupplung 7, das Getriebe 8 und die Differentialwelle 9 an das Differential 3 übertragen.
In Figur 2 ist mit 10 ein Drehmoment des Differentials 3 bzw. das resultierende Antriebsmoment der Antriebsräder 5, 5' über der Zeit dargestellt. Das Drehmoment 10 ergibt sich aus der Summe des gestrichelt dargestellten Antriebsmoments 11 des Verbrennungsmotors 1 und des als Strich-Punkt-Linie dargestellten Ergänzungsmoments 12 des Elektromotors 6.
Zu Beginn eines Schaltvorgangs in einem Punkt 13 nimmt das vom Verbrennungsmotor 1 übertragene Antriebsmoment 11 von einem Anfangswert von 100 % auf Grund eines eingeleiteten Kupplungsvorgangs im Schaltgetriebe 2 auf 0 % ab. Durch das im Punkt 13 zugeschaltete bzw. eingeleitete Ergänzungsmoment 12 des Elektromotors 6 erhöht sich das Drehmoment 10 bei vollständig geöffneter Kupplung in einem Punkt 14 auf 60 % des
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Anfangswerts. Während das Getriebe 2 des Verbrennungsmotors 1 kraftlos geschaltet ist, erzeugt also der Elektromotor 6 das resultierende Ergänzungsmoment 12 von 60 %. Im Zusammenhang mit der Auslegung des Antriebs ist es auch möglich, daß das resultierende Ergänzungsmoment 12 zwischen 50 % und 70 % oder zwischen 40 % und 80 % des Anfangswerts aufweist. Ein resultierendes Ergänzungsmoment 12 von mehr als 80 % bis hin zum Ersatzantriebsmoment ist auch möglich.
Sobald der Verbrennungsmotor 1 im nächst höheren Gang wieder in den Kraftfluß eingeschaltet wird, erhöht sich das Drehmoment 10 von einem Punkt 15 ausgehend auf einen Endwert von 80 % des Anfangswerts in einem Punkt 16. Zwischen den Punkten 15 und 16 steigt das Antriebsmoment 11 des Verbrennungsmotors 1 von 0 % entsprechend des Einkuppelvorgangs auf 80 %, während das Ergänzungsmoment 12 des Elektromotors 6 von 60 % auf 0 % abfällt bzw. abgesenkt wird.
Das Zuschalten des Elektromotors 6 bei Schaltbeginn im
Punkt 13 hat somit den Vorteil, daß das Drehmoment 10 der
Antriebsräder 5, 5' über den Schaltverlauf des
Schaltgetriebes 2 beim Hochschalten nur auf 60 % des ursprünglichen Wertes abfällt.
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Figur 3 zeigt eine detaillierte Schemaskizze des Antriebsstranges aus Figur 1. Die Hauptwelle 17 des Elektromotors 6 ist dabei mittels der Kupplung 7 und dem Getriebe 8, welches als Stirnradgetriebe ausgestaltet ist, mit dem Differential 3 drehmomentübertragend verbunden. Dazu greift ein Stirnrad 20 der Differentialwelle 9 in ein großes Stirnrad 21 des Differentials 3 ein. Dieses große Stirnrad 21 ist ebenso, wie ein kleines Stirnrad 22 drehfest mit einem Differentialgehäuse des Differentials 3 verbunden. Sowohl das kleine Stirnrad 22, als auch das große Stirnrad 21 bilden jeweils eine Zahnradstufe des Schaltgetriebes 2.
Figur 4 zeigt eine perspektivische und detaillierte Darstellung des Antriebsstranges aus Figur 3. Die Darstellung ist gegenüber der wahren Einbaulage des Antriebsstranges im Fahrzeug geringfügig gekippt. In Einbaulage liegt die Hauptwelle 17 des Elektromotors 6 unterhalb der Antriebsachse 4, 4', so dass der Schwerpunkt des relativ schweren Elektromotors 6 tief liegt.
Eine erste Antriebswelle der Antriebsachse 4, 4' umfasst eine erste mit dem Differential 3 verbundene Achswellenhälfte 23 und eine zweite mittels eines Gelenkes 25 mit dieser verbundene zweite Achswellenhälfte 24. Der Elektromotor 6 ist parallel versetzt zur ersten Achswellenhälfte 23 in einem axialen Bereich zwischen dem Differential 3 und dem Gelenk 25 angeordnet. Bei dieser Anordnung greift der Elektromotor 6 radial in einen ungenutzten Raum der starr mit Antriebskegelrädern des Differentials 3 verbundenen Achswellenhälfte 23. Das Gelenk 25 greift axial neben dem Elektromotor 6 in den radialen Raum des Elektromotors 6. Somit ist eine Anordnung bei kleinem Bauraum ermöglicht.
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Zwischen den beiden von der Antriebswelle 4, 4' angetriebenen Antriebsrädern 5, 5' liegt ein axial mittiger Bereich, in welchem sowohl der Verbrennungsmotor 1, die erste Achswellenhälfte 23, als auch der Elektromotor 6 angeordnet sind. Eine Fahrzeugmittenebene liegt in diesem axial mittigen Bereich. Der axial mittige Bereich liegt axial auf der einen Antriebsseite des Differentials 3, wohingegen axial auf der anderen Antriebsseite des Differentials 3 das Schaltgetriebes 2 liegt.
Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur
Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den
Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu
entnehmen.

Claims (11)

1. Verbrennungsmotor (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem ein Differential (3) aufweisenden Abtriebsstrang und einem im Abtriebsstrang integrierten Elektromotor (6), dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptwelle (17) des Elektromotors (6) direkt oder über ein Getriebe (8) und/oder über eine Kupplung (7) mit einem Antriebsteil des Differentials (3) form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptwelle (17) und dem Zahnkranz das Übersetzungsgetriebe (8) angeordnet ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (8) als form-, kraftschlüssiges oder dynamisches Getriebe ausgebildet ist.
4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptwelle (17) und dem Zahnkranz die Kupplung (7) angeordnet ist.
5. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (7) form- oder kraftschlüssig ausgebildet ist.
6. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (6) mit einem Energiespeicher in Wirkverbindung steht und als Generator dient.
7. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (6) ein Antriebsmoment (11) des Verbrennungsmotors (1) ergänzt oder ersetzt.
8. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Einbaulage die Hauptwelle (17) des Elektromotors (6) unterhalb der Antriebsachse (4, 4') liegt.
9. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Antriebswelle der Antriebsachse (4, 4') eine erste mit dem Differential (3) verbundene Achswellenhälfte (23) und eine zweite mittels eines Gelenkes (25) mit dieser verbundene zweite Achswellenhälfte (24) umfasst, wobei der Elektromotor (6) parallel versetzt zur ersten Achswellenhälfte (23) in einem axialen Bereich zwischen dem Differential (3) und dem Gelenk (25) angeordnet ist.
10. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei von den Antriebswellen (4, 4') angetriebenen Antriebsrädern (5, 5') ein axial mittiger Bereich liegt, in welchem sowohl der Verbrennungsmotor (1), die erste Achswellenhälfte (23), als auch der Elektromotor (6) angeordnet sind, wobei dieser mittige Bereich auf der einen Antriebsseite des Differentials (3) liegt, wohingegen auf der anderen Antriebsseite des Differentials (3) ein Getriebe (Schaltgetriebes 2) liegt.
11. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential (3) ein Differentialgehäuse aufweist, welches bewegungsfest mit zwei Stirnrädern (21, 22) verbunden ist, die jeweils eine Zahnradstufe des Getriebes (Schaltgetriebes 2) bilden.
DE20118908U 2000-11-23 2001-11-20 Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs Expired - Lifetime DE20118908U1 (de)

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DE20118908U DE20118908U1 (de) 2000-11-23 2001-11-20 Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs

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DE10058020A DE10058020B4 (de) 2000-11-23 2000-11-23 Kraftfahrzeugantrieb
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Publication Number Publication Date
DE20118908U1 true DE20118908U1 (de) 2002-02-07

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