DE4330193B4

DE4330193B4 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4330193B4
Application number: DE4330193A
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl.-Ing. Heidemeyer; Dag-Arnulf Dipl.-Ing. Schlaf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2013-09-08
Also published as: DE4330193A1

Abstract

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit
– einer Brennkraftmaschine (1),
– einem eine Eingangswelle (2) und eine Ausgangswelle (10) aufweisenden Getriebe (3),
– einer elektrischen Maschine (5), deren Rotor durch eine von der Brennkraftmaschine (1) lösbare Schwungmasse (4) gebildet und von einem Stator (6) umgeben ist,
– einer dem Getriebe (3) nachgeschalteten Anfahr- und Trennkupplung (11),
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Eingangswelle (2) und die Brennkraftmaschine (1) mittels eines starren Durchtriebs miteinander verbunden sind,
– die Schwungmasse (4) um den starren Durchtrieb angeordnet ist und über eine Zusatzkupplung (7) wahlweise mit dem starren Durchtrieb verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Antriebsordnung ist bekannt aus der DE 41 34 268 A1 (B 60 K 41/02). Dort wird eine elektrische Maschine offenbart, deren Rotor durch eine von der Brennkraftmaschine lösbare Schwungmasse gebildet wird. Die elektrische Maschine ist als Anlasser für die Brennkraftmaschine verwendbar und kann bei laufender Brennkraftmaschine zur Stromerzeugung herangezogen werden.

Die DE 38 27 519 A1 offenbart eine Antriebsanordnung zwischen einer leistungsabgebenden Einrichtung und einem Schwungradenergiespeicher. Mit dieser Anordnung ist mit hohem Wirkungsgrad Energie in beide Richtungen übertragbar. Die Antriebsanordnung besteht aus einer elektrischen Welle, welche in beiden Kraftflussrichtungen betrieben werden kann und deren Drehzahl beidseitig stufenlos regelbar ist. Für die elektrische Welle sind jeweils mindestens zwei homopolare Induktor-Elektromaschinen vorgesehen, welche mit hohen Drehzahlen umsteuerbar als Motor und wahlweise als Generator betrieben werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gattungsgemäße Antriebsanordnung im Hinblick auf die kompaktere Bauweise zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruch 1. die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß werden also die Brennkraftmaschine und das Getriebe über einen starren Durchtrieb miteinander verbunden. Die um den starren Durchtrieb rotierende Schwungmasse ist über eine Zusatzkupplung mit dem starren Durchtrieb verbindbar. Gegenüber der gattungsbildenden Anordnung besteht der Vorteil, dass für den Anlasserbetrieb insgesamt nur zwei Kupplungen zu steuern sind. Von besonderer Bedeutung ist darüber hinaus, dass bei spielsweise bei Drehzahlerhöhungen der Brennkraftmaschine zur Beschleunigung des Kraftfahrzeuges die Schwungmasse vom Durchtrieb entkoppelt werden kann und somit als der Drehzahlerhöhung entgegenwirkende träge Masse unwirksam wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden somit eine kompakte Bauweise einerseits und vorteilhafte Betriebsweisen der Antriebsanordnung andererseits möglich.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Man erkennt dort eine Brennkraftmaschine 1, die mit einer Eingangswelle 2 eines hier stufenlos verstellbar ausgeführten Getriebes 3 starr verbunden ist. Um die Eingangswelle 2 drehbar gelagert ist eine Schwungmasse 4, die zugleich einen hier nicht weiter bezifferten Rotor einer elektrischen Maschine 5 aufnimmt und von einem ortsfest angebrachten Stator 6 der elektrischen Maschine 5 umgeben ist. Über eine Zusatzkupplung 7 ist die Schwungmasse 4 mit der Eingangswelle 2 in Abhängigkeit von Signalen einer hier nicht weiter dargestellten Steuereinrichtung fahrzustandsabhängig verbindbar. Die Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 wird über die Eingangswelle 2, die Kegelscheibenpaare 8, 9 des Getriebes 3, eine Getriebeausgangswelle 10, eine Anfahr- und Trennkupplung 11, ein Planetengetriebe 12 und ein Differentialgetriebe 13 auf zu den Rädern des Fahrzeugs (hier nicht dargestellt) führende Antriebsachsen 14 und 15 übertragen. Darüber hinaus ist hier der Eingangswelle 2 noch eine Hauptölpumpe 16 zugeordnet, durch die das hier als Umschlingungsgetriebe ausgeführte Getriebe 3 und gegebenenfalls auch die Kupplungen 7 und 11 mit Öldruck versorgt werden können.
Mit der zuvor beschriebenen Antriebsanordnung sind verschiedene Betriebsweisen möglich. So kann beispielsweise die elektrische Maschine 5 als Anlasser verwendet werden, wenn das Fahrzeug nach einer längeren Stillstandszeit in Betrieb genommen werden soll. Zu diesem Zweck wird die Anfahr- und Trennkupplung 11 geöffnet und bei geöffneter Kupplung 7 die Schwungmasse 4 durch die elektrische Maschine 5 in Rotation versetzt. Nach Erreichen einer vorgegebenen Mindestdrehzahl an der Schwungmasse 4 wird die Zusatzkupplung 7 eingerückt, um die Brennkraftmaschine 1 zu starten. Das gleichzeitig mitbewegte Getriebe 3 verzehrt bei diesem Startvorgang nur einen unwesentlichen Teil der Schwungmassenenergie. Nach dem Anspringen der Brennkraftmaschine 1 bleibt die Zusatzkupplung 7 zunächst geschlossen, um insbesondere im Bereich niedrigerer Drehzahlen einen einwandfreien Rundlauf der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Danach kann dann die Anfahr- und Trennkupplung 11 geschlossen werden, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen.
Während der Fahrt des Fahrzeugs kann die elektrische Maschine 5 auch auf Generatorbetrieb umgestellt werden. Zu diesem Zweck ist die Zusatzkupplung 7 geschlossen zu halten, damit die Schwungmasse 4 gegenüber dem Stator 6 weiter rotiert und so Strom erzeugen kann.
Beim Wiederanlassen der Brennkraftmaschine 1 nach einer kurz zuvor erfolgten Stillegung – beispielsweise vor einer auf Rot geschalteten Ampel oder während des Durchlaufens einer Gefällstrecke – kann trägheitsbedingt die frei umlaufende Schwungmasse 4 noch genügend Rotationsenergie haben, um nach einem Schließen der Zusatzkupplung 7 die Brennkraftmaschine 1 wieder zu starten. Mittels eines hier nicht weiter dargestellten Drehzahlsensors kann die aktuelle Drehzahl der frei umlaufenden Schwungmasse 4 bestimmt werden, um dann bei einem Wiederanlassen zu entscheiden, ob von der elektrischen Maschine 5 noch zusätzlich Energie zuzuführen ist oder die noch vorhandene Rotationsenergie ausreicht.
Eine weitere vorteilhafte Betriebsweise ist mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung auch bei Beschleunigungsvorgängen möglich. Über einen hier nicht weiter dargestellten Fahrpedal- oder Drosselklappenschalter und einem diesen nachgeschalteten Differenzierglied kann beispielsweise erfaßt werden, ob der Bediener des Fahrzeugs eine besonders gute Beschleunigung wünscht. Bejahendenfalls kann die während des normalen Fahrbetriebs aus Komfortgründen geschlossene Zusatzkupplung 7 für die Dauer des Beschleunigungsvorganges geöffnet werden, damit die hochdrehende Brennkraftmaschine 1 nicht gegen die Trägheit der Schwungmasse 4 arbeiten muß. Nach Erreichen der gewünschten Zieldrehzahl kann dann die Zusatzkupplung 7 von der Steuereinrichtung mit einem vorgebbaren Grad des Eingriffs in Schließrichtung betätigt werden, um für die folgende Weiterfahrt einen ausreichenden Fahrkomfort sicherzustellen.
Ebenfalls aus Komfortgründen ist es besonders vorteilhaft, wenn in die Kupplungsscheibe der Kupplung 7 ein mit der Getriebeeingangswelle 2 verbundener Schwingungsdämpfer integriert wird.
Außerdem ist die erfindungsgemäße Antriebsordnung besonders gut für eine verbrauchsgünstige Betriebsweise geeignet, gemäß der bei geöffneter Zusatzkupplung 7 und geöffneter Anfahr- und Trennkupplung 11 die Brennkraftmaschne 1 und somit zwangsläufig wegen des starren Durchtriebs auch das Getriebe 3 stillgesetzt werden. Dabei wird die Schwungmasse 4 durch die elektrische Maschine auf einer vorgegebenen Drehzahl gehalten, während die Antriebsachsen 14, 15 eine Drehzahl ungleich Null (z. B. bei Schubbetrieb) oder gleich Null (z. B. bei einem Ampelstop) aufweisen. Für das Wiederanlassen der Brennkraftmaschine 1 ist dann zunächst die Zusatzkupplung 7 zu schließen. Die Ruhedrehzahl der Schwungmasse 4 ist dafür so auszulegen, daß die dem Anlaßvorgang entgegenwirkenden Kräfte wie träge Rotationsmassen und Reibungskräfte in der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 3 einwandfrei beim Einkuppeln der Zusatzkupplung 7 überwunden werden. Sobald die Brennkraftmaschine 1 dann rund durchläuft, kann die Anfahr- und Trennkupplung 11 geschlossen werden, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen.
Für die zuvor beschriebene Antriebsanordnung kann eine besonders kompakte Bauweise dann erzielt werden, wenn das hier nicht weiter bezifferte Drehlager der Schwungmasse 4 beispielsweise in dem Gehäuse der Brennkraftmaschine 1 die Kurbelwelle umgebend angeordnet ist. Da außerdem von der Zusatzkupplung 7 nie die volle Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 übertragen werden muß, kann sie den Anforderungen für den Starter- und Ge neratorbetrieb entsprechend klein und damit platzsparend ausgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung kann somit besonders gut in Kompaktfahrzeugen realisiert werden und erlaubt für diese einen energiesparenden und somit umweltschonenden Betrieb.

Claims

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit – einer Brennkraftmaschine (1), – einem eine Eingangswelle (2) und eine Ausgangswelle (10) aufweisenden Getriebe (3), – einer elektrischen Maschine (5), deren Rotor durch eine von der Brennkraftmaschine (1) lösbare Schwungmasse (4) gebildet und von einem Stator (6) umgeben ist, – einer dem Getriebe (3) nachgeschalteten Anfahr- und Trennkupplung (11), dadurch gekennzeichnet, dass – die Eingangswelle (2) und die Brennkraftmaschine (1) mittels eines starren Durchtriebs miteinander verbunden sind, – die Schwungmasse (4) um den starren Durchtrieb angeordnet ist und über eine Zusatzkupplung (7) wahlweise mit dem starren Durchtrieb verbindbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkupplung (7) einen mit der Eingangswelle (2) verbundenen Schwingungsdämpfer aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise, bei der zum Anlassen der Brennkraftmaschine (1) die Anfahr- und Trennkupplung (11) geöffnet wird bzw. bleibt, anschließend von der elektrischen Maschine (5) die Schwungmasse (4) in Rotation versetzt bzw. gehalten wird und beim Vorliegen einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der Schwungmasse (4) die Zusatzkupplung (7) geschlossen wird.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise, bei der die elektrische Maschine (5) durch die im Schließzustand gehaltene Zusatzkupplung (7) bei laufender Brennkraftmaschine (1) zur Stromerzeugung genutzt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise, bei der die elektrische Maschine (5) durch die im Schließzustand gehaltene Zusatzkupplung (7) beim Durchfahren einer Gefällstrecke von der Ausgangswelle (10) her zur Stromerzeugung genutzt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise, bei der für die Dauer einer von dem Bediener des Fahrzeugs gewünschten Drehzahlerhöhung der Brennkraftmaschine (1) die Zusatzkupplung (7) geöffnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6 zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise, bei der nach dem Ende der Drehzahlerhöhung die Zusatzkupplung (7) nach vorgegebenen Parametern in Schließrichtung bewegt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise, gemäß der bei geöffneter Zusatzkupplung (7) und geöffneter Anfahr- und Trennkupplung (11) die Brennkraftmaschine (1) und das Getriebe (3) stillgesetzt werden und die Schwungmasse (4) durch die elektrische Maschine auf einer vorgegebenen Drehzahl gehalten wird, während wenigstens eine der Anfahr- und Trennkupplung (11) nachgeordnete Antriebsachse (14, 15) eine Drehzahl ungleich oder gleich Null aufweist.