DE2943563A1 - Antrieb, insbesondere fuer kraftfahrzeuge, mit einer brennkraftmaschine und einem automatischen getriebe - Google Patents

Antrieb, insbesondere fuer kraftfahrzeuge, mit einer brennkraftmaschine und einem automatischen getriebe

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DE2943563A1
DE2943563A1 DE19792943563 DE2943563A DE2943563A1 DE 2943563 A1 DE2943563 A1 DE 2943563A1 DE 19792943563 DE19792943563 DE 19792943563 DE 2943563 A DE2943563 A DE 2943563A DE 2943563 A1 DE2943563 A1 DE 2943563A1
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internal combustion
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clutch
drive
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Ernst Prof Dr Fiala
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Volkswagen AG
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Description

VOLKSWAGENWERK
AKTIENGESELLSCHAFT
3180 Wolfsburg
K 2812/1702-pt-hu-sa
Antrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine und einem automatischen Getriebe
Die Erfindung betrifft einen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bekannte Antriebe dieser Art weisen einen hydrodynamischen Wandler auf, der Energie verzehrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringert wird.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß erfindungsgemäß auf den hydrodynamischen Wandler verzichtet, stattdessen eine mechanische Kupplung zwischen automatischem Getriebe und Brennkraftmaschine angeordnet sowie ein vorzugsweise elektrischer Anfahrmotor vorgesehen ist, ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, in energiesparender Weise mit dem Anfahrmotor anzufahren, nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl bzw. Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Verwendung der in dem Schwungrad gespeicherten Energie die Brennkraftmaschine sehr schnell auf die vorliegende Drehzahl bzw. Geschwindigkeit zu beschleunigen und dann bei höheren Drehzahlen zumindest im wesentlichen die Antriebsenergie durch
130019/0422
'* r ^ . "r "jr. Tele' F'vfr
trr.;$r:c--\-J*'. ','vo'lsrurc HCe 21?
-A-
die Brennkraftmaschine aufbringen zu lassen, wobei der Anfahrmotor als Generator die Batterie des Fahrzeugs laden kann.
Das Vorsehen einer mechanischen Kupplung in Hybridantrieben zwischen der Brennkraftmaschine einerseits und einem Getriebe andererseits ist an sich aus der GB-PS 393 311, der CH-PS 222 098 und der DE-OS 21 33 485, B60L, 13/00, bekannt. Keiner dieser Druckschriften ist jedoch ein Einweis darauf zu entnehmen, bei Verwendung eines automatischen Getriebes auf den hydrodynamischen Wandler zu verzichten und das Schwungrad der Brennkraftmaschine auf der dieser abgekehrten Seite der Kupplung vorzusehen, so daß beim Schließen dieser Kupplung, also nach Erreichen des vorgegebenen Mindestwertes von Drehzahl oder Geschwindigkeit, die Brennkraftmaschine unter Ausnutzung der in ihrem Schwungrad gespeicherten Energie praktisch ruckfrei beschleunigt werden kann und sich ferner der weitere Vorteil ergibt, daß nach Öffnen der Kupplung die Brennkraftmaschine außerordentlich schnell stehen bleibt.
Hinsichtlich der Trennung des Schwungrads von der zugeordneten Brennkraftmaschine ist es zwar aus der DE-OS 24 00 76O, B6OL II/I8, bekannt, die Schwungscheibe mit einem elektrischen Antriebsmotor, der auch als Anlaßmotor dient, in eine Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und. mechanischem Getriebe zu integrieren; diese Anordnung ist nach Art eines Scheibenläufermotors aufgebaut. Dabei ist jedoch das Schwungrad in das brennkraftmaschinenseitige Kupplungsteil integriert, so daß die eben skizzierten erfindungsgemäßen Möglichkeiten, die auf einer Entkopplung von Brennkraftmaschine und Schwungrad beruhen, nicht gegeben sind.
Die TJnteranspriiche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, die ebenfalls das Ziel der Kraftstoffersparnis bei einem mit einem automatischen Getriebe ausgerüsteten Antriebs verfolgen. So hat Anspruch 9 eine Ausbildung des Antriebs zum Gegenstand, die bei dem vorliegenden Getriebegang eine verbrauchsarme Konstantfahrt in der Ebene gewährleisten soll. Durch die bei dieser Aus-
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bildung der Erfindung gewährleistete Stellung der Drosselklappe so, daß sich im Leistungs-Drehzahl-Diagramm der Brennkraftmaschine ein Arbeitspunkt auf einer Kurve einstellt, die zwischen der Kurve kleinsten spezifischen Verbrauchs und der Kurve für Konstantfahrt liegt, ergibt sich an sich ein gewisser Leistungsüberschuß, der aber durch andere Fahrwiderstände, wie bei Kurvenfahrt, Gegenwind und Steigung, in der Regel aufgezehrt wird. Andernfalls, d.h. beim Auftreten einer unerwünschten Geschwindigkeitserhöhung, wird der Fahrer das Gaspedal entlasten und damit das Fahrzeug frei rollen lassen, bis sich die gewünschte Geschwindigkeit wieder einstellt. Sinkt umgekehrt die Geschwindigkeit unter den gewünschten Wert, gibt der Fahrer mehr Gas; in beiden Fällen gibt der Stellungssensor entsprechende Signale an das automatische Getriebe, so daß dieses hoch- oder zurückschaltet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 den erfindungsgemäßen Antrieb, wobei Einzelteile nur insoweit dargestellt sind, wie sie im Rahmen der Erfindung interessieren, und
Fig. 2 verschiedene Kurven im Leistungs-Drehzahl-Diagramm der Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschine, automatisches Getriebe und die durch Anfahrmotor, Kupplung und Schwungrad der Brennkraftmaschine gebildete Einheit sind in ihren Einzelheiten nicht dargestellt, da entsprechende Konstruktionen dem Fachmann bekannt sind; siehe bezüglich einer derartigen Kupplung die bereits genannte DE-OS 24 00 760. Auch Kennlinienspeicher sowie Komparatoren gehören zum Stand der Technik, so daß der Hinweis auf das Vorhandensein bzw. die Verwendung derartiger Einrichtungen genügt, um dem Durchschnittsfachmann die erforderliche Lehre zur Ausführung der Erfindung zu geben.
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Betrachtet man zunächst Figur 1, so folgen in Bichtung der Antriebsenergie die Brennkraftmaschine 1, hier eine mit einer Drosselklappe ausgerüstete Haschine, die auch als Anfahrkupplung zu bezeichnende Kupplung mit dem getriebeseitigen Kupplungsteil 2, das zugleich das Schwungrad der Maschine 1 sowie den Anfahrmotor beinhaltet, und dem maschinenseitigen Kupplungsteil 3 sowie das automatische Getriebe 4 aufeinander. Das automatische Getriebe 4» dessen Servopumpe 41 elektrisch angetrieben ist, steht in bekannter und daher nicht dargestellter Weise in Verbindung mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs.
Wie bereits aus dieser ersten Beschreibung ersichtlich, fehlt bei diesem Antrieb der sonst einem automatischen Getriebe zugeordnete elektrodynamische Wandler; außerdem ist das für den Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche Schwungrad in der Figur rechts der eigentlichen Kupplung angeordnet, so daß nach Lösen der Kupplung 2, 3 die Brennkraftmaschine 1 stehen bleibt, dagegen nach Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl n1 des Anfahrmotoxs 4 und damit auch des Sehwungrads die Brennkraftmaschine 1 praktisch ruckfrei beschleunigt wird. Läßt der Fahrer während des Fahrbetriebs das Gaspedal in seine Ruhestellung zurückgehen, so öffnet, wie im einzelnen noch "besclirieTjen wird, die Kupplung 2, 3» so daß die Brennkraftmaschine stehen bleibt, während
das automatische Getriebe 4 in einem der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit "bzw. Drehzahl entsprechenden hohen Gang verbleibt.
In der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs sind jedoch Schaltmittel vorgesehen, die trotz Vorhandenseins eines öffnungssignals für die Kupplung 2, 3 sicherstellen, daß die Brennkraftmaschine 1 in Betrieb bleibt. Derartige Maßnahmen können beispielsweise bei kalter Brennkraftmaschine, bei längerer Talfahrt (Gefahr des Auskühlens der Maschine) oder zur Wartungsprüfung sinnvoll sein.
Im einzelnen arbeitet der Antrieb gemäß Figur 1 wie folgt:
Der Hauptschalter 5 ist mit dem Zündschalter gekoppelt. Ein (nicht gezeichneter) Betriebsartenschalter hat die Stellungen E (Elektro),
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M (Motor) - dann ist Schalter 6 geschlossen - und N (normal) - dann ist Schalter 7 geschlossen -. Der Schalter θ ist unter einer bestimmten Motortemperatur (Wasser, Öl) geschlossen, Schalter 9 bei drehendem Motor, Schalter 10 bei einer Schwungraddrehzahl von n1 > I5OO Upm. Die Schalter 11 und 12 sind geschlossen, wenn Gaspedal bzw. Bremspedal nicht in Ruhelage sind, Schalter 13 schaltet bei n1 = 1800 Upm um.
Betriebsart E:
Nach Einschalten durch Schließen des Schalters 5 kann das Fahrzeug über 11 und 12 rein elektrisch bewegt werden. Auf die Betätigung des automatischen Getriebes 4 in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals I4 und der Drehzahl η der Brennkraftmaschine 4 wird noch eingegangen.
Der Schalter 15 sorgt dafür, daß der in 2 integrierte elektrische Anfahrmotor nicht rückwärts läuft. Erst nach Umschalten von Hand vertauscht 15 die Punktion von 11 und 12; dann erfolgt keine Vorwärtsbewegung. In Betriebsstellung E werden kurze Strecken gefahren, bei denen es auf Geräusch- und Abgasfreiheit ankommt, z.B. Garagen, Fußgängerzonen, Wohnsiedlungen. Das Abbremsen erfolgt bis zur Leistungsfähigkeit des Anfahrmotors 2 durch Nutzbremsen, dann über die Betriebsbremse. Die Leistung ist in einstufiger Regelung gezeichnet. Durch aufeinanderfolgende Schalter 11 und 12 kann Mehrstufigkeit erreicht werden. Das Antriebsmoment des Anfahrmotors hat die gleiche Größenordnung wie das max. Moment der Brennkraftmaschine 1, die Leistung ist etwa doppelt so hoch wie bei üblichen Startermotoren.
Betriebsart N, Motor wann:
Dann ist Schalter 7 geschlossen. Das Anfahren erfolgt elektrisch nach Schließen des Schalters 11. Überschreitet die Schwungraddrehzahl n1 1500 Upm, schließt Schalter 10: Die Kupplung 2, 3 wird geschlossen, Kraftstoff bei 16 zugeführt, die Brennkraftmaschine 1 springt an. Weiterfahrt wie üblich. Bei Sehaltvorgängen verhindert der Verzögerer 19 das Ausgehen der Brennkraftmaschine. Für n1 > 1800 lädt der Anfahrmotor die Batterie des Fahrzeugs nach Bedarf über einen dem Schalter 13 nachgeschalteten Regler.
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Wird das Gaspedal I4 zurückgenommen, öffnet Schalter 11, nach Verzögerung (durch 19) öffnet die Kupplung 2, 3· Die Brennkraftmaschine 1 bleibt bei freirollendem Fahrzeug stehen, springt aber beim Gasgeben (und n1 > I500) wieder an.
Betriebsart N, Motor kalt:
Anfahren wie oben, nur läuft die Brennkraftmaschine 1 beim Öffnen des Schalters 11 weiter, bis nach Erwärmung von 1 Schalter 8 öffnet.
Betriebsart M:
Anfahren wie oben. Die einmal angeworfene Brennkraftmaschine 1 bleibt in Betrieb, bis Hauptschalter 5 geöffnet wird. Diese Betriebsart ist wichtig z.B. für Talfahrt. Auch das Starten erfolgt durch Gasgeben.
In Ergänzung sind folgende Varianten möglich:
1) Der Rückwärtsgang entfällt, seine Aufgabe übernimmt der Umschalter
2) Ein zu Schalter 6 paralleler Schalter dient zur Batterieladung.
Selbstverständlich sind die Zahlenwerte als Beispiele zu verstehen.
Die Steuerung des automatischen Getriebes 4 erfolgt so, daß durch den Stellungssignalgeber 16 (Potentiometer^ Mehrstufenschalter) am Gaspedal 14 bestimmte Drehzahlbereiche vorgegeben werden. Je nach der tatsächlichen Maschinendrehzahl η gibt der Komparator 17 ein Schaltsignal zum Höher- und Zurückschalten an das Getriebe 4·
Die Drosselklappe I4 wird als Funktion der Drehzahl η so verstellt, daß die Brennkraftmaschine 1 annähernd im Bereich kleinsten spezifischen Kraftstoffverbrauchs arbeitet, Gleichseitig soll -die Kennlinie auch so liegen, daß in der Ebene jede Fahrgeschwindigkeit in einem Gang gerade annähernd eingehalten wird.
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Figur 2 zeigt ein Leistungs (P)-Drehzahl (n)-Diagramm einer Brennkraftmaschine. Kurve a ist die Kurve maximaler Leistung, Kurve b gibt die erforderliche Leistung an für die Fahrt in der Ebene in einem (langen) Gang, Kurve c verhindert die Punkte kleinsten spezifischen Kraftstoffverbrauchs für die betreffende Drehzahl. Kurve d ist die Kurve für den angestrebten Kompromiß, die in der Speicheranordnung 18 gespeichert ist. In Abhängigkeit von der jeweiligen Drehzahl η liefert 18 also entsprechende Stellsignale DK an die Drosselklappe der Maschine 1.
Weil Kurve d etwas über Kurve b liegt, beschleunigt das Fahrzeug in der Ebene ganz langsam. Es kann angenommen werden, daß dieser Leistungsüberschuß durch andere Fahrwiderstände (Kurven, Gegenwind, Steigung) aufgezehrt wird. Andernfalls wird der Fahrer das Gaspedal 14 entlasten und damit das Fahrzeug frei rollen lassen, bis sich die gewünschte Geschwindigkeit einstellt. Sinkt die Geschwindigkeit unter das gewünschte Maß, gibt der Fahrer mehr Gas; das Getriebe 4 schaltet zurück, weil die Drehzahl η unter der vorgegebenen Spanne liegt.
Die Regelung kann auch so ausgebildet sein, daß der Gang direkt einer Gaspedalstellung zugeordnet ist, sofern nicht die maximale Maschinendrehzahl überschritten ist. Vollgasstellung des Gaspedals entspricht dann dem 1. Gang, solange n<n , 8o $ Gas dem 2. Gang, usw.
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Claims (8)

2 9...: < s δ 3 VOLKSWAGENWERK AKTIENGESELLSCHAFT 5180 Wolfsburg ;■_ : K 2812/1702-pt-hu-sa Patentansprüche
1. ) Antrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine und einem automatischen Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß dem Getriebe (4) unter Verzicht auf einen hydrodynamischen Wandler eine bei einem vorgegebenen Mindestwert von Drehzahl oder Geschwindigkeit schließende Kupplung (2,3) mit zwei in mechanischen Eingriff bringbaren Kupplungsteilen (2,3) vorgeschaltet und auf der der Brennkraftmaschine (1) abgekehrten Seite der Kupplung das Schwungrad für die Brennkraftmaschine (1) sowie ein elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigter Anfahrmotor liegen.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad in den getriebeseitigen (2) der beiden Kupplungsteile (2,3) integriert ist.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrmotor in den getriebeseitigen (2) der beiden Kupplungsteile (2,3) integriert ist.
4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftmaschine (1) und dem Anfahrmotor ein gemeinsamer Beschleunigungshebel (Gaspedal I4) zugeordnet ist mit einem Stellungssignalgeber (16) zur Gewinnung von Schaltsignalen für das Getriebe ( 4).
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2 9 /; 3 5 6 3
5. Antrieb nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (11) bei Nullstellung des Beschleunigungshebels (14) ein Öffnungssignal für die Kupplung (2,5) erzeugt.
6. Antrieb nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß von Hand und/ oder in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen betätigbare Schaltmittel (6,7,8) vorgesehen sind zum Überspielen des Öffnungssignals für die Kupplung (2,3).
7. Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungssignalgeber (16) Drehzahlbereichssignale an einen ausgangsseitig mit dem Getriebe (4) in Verbindung stehenden Komparator (17) liefert, dem ferner Signale für den Drehzahl-Istwert (n) zugeführt werden.
8. Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmten Stellungen des Beschleunigungshebels (14) bestimmte Gänge des Getriebes (4) direkt zugeordnet sind, darunter der Vollgasstellung der 1. Gang.
9* Antrieb nach eines der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit einer im Saugrohr angeordneten Drosselklappe zur Gewinnung von Stellsignalen (DK) für diese eine Speicheranordnung (iß) vorgesehen ist, der Signale für den Drehzahl-Istwert (n) zugeführt werden und die Stellsignale (DK) entsprechend einer Kurve (d) im Leistungs-Drehsahl-Diagraaa der Brennkraftmaschine {1) liefert, die zwischen der Kurve (c) kleinsten spezifischen Verbrauchs der Brennkraftmaschine (1) einerseits und der einem Getriebegang zugeordneten Kurve (b) für Konstant fahrt in der Ebene andererseits verläuft.
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