EP2049781A1 - Nebenaggregatantrieb für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Nebenaggregatantrieb für ein kraftfahrzeug

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Publication number
EP2049781A1
EP2049781A1 EP07786574A EP07786574A EP2049781A1 EP 2049781 A1 EP2049781 A1 EP 2049781A1 EP 07786574 A EP07786574 A EP 07786574A EP 07786574 A EP07786574 A EP 07786574A EP 2049781 A1 EP2049781 A1 EP 2049781A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
planetary gear
electric machine
clutch
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07786574A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gary Avery
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2049781A1 publication Critical patent/EP2049781A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K25/00—Auxiliary drives
    • B60K25/02—Auxiliary drives directly from an engine shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/042—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the connections comprising gear transmissions
    • F01B2009/045—Planetary gearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2002—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears
    • F16H2200/2007—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with two sets of orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/203—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes
    • F16H2200/2038—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with three engaging means

Definitions

  • the invention relates to an auxiliary drive for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • ancillaries such as air compressors, fans, LenkheIfpumpen or oil and water pumps, used in motor vehicles in which the ancillaries are driven at a speed proportional to the speed of the engine, they must over a wide speed range, in gasoline engines, for example, from 600 to 6000 Rpm, ie a factor of 10 in the ratio of maximum speed to lowest speed, which meet the requirements placed on it.
  • a water pump which has to supply a sufficient coolant flow when the engine is idling promotes an unnecessarily high quantity of coolant at higher engine speeds and thus causes considerable losses.
  • Other ancillaries provide marginal performance at idle and are rarely operated in the optimum operating range.
  • a freewheel is a device that decouples a portion of a drive train from rotational motion as load ratios change.
  • a freewheel can be designed for example as a roller freewheel, multi-disc freewheel or sprag freewheel.
  • a sprag freewheel consists of an inner ring, an outer ring and clamp bodies mounted in a cage. In a drive through the inner ring springs press the clamping body slightly between the inner ring and the outer ring, so that the clamping body move depending on their rotation in their receiving spaces.
  • the design is absolutely non-slip - even with the best lubrication - physical reasons, it prevails the state of self-locking.
  • the taper angle must be chosen so that it is less than or equal to the arctangent of the sliding friction coefficient ⁇ . If the direction of rotation is reversed or if the external speed is greater than the internal speed, the clamping elements will roll in the direction of the spring and the clamping will be canceled.
  • Electric machines which are operated both by motor and generator, also have the problem that they require a different ratio in motor operation than in the generator mode. This usually leads to over-dimensioning of the electric machines. For example, starter generators require a higher gear ratio in starter mode than in generator mode, resulting in an oversized design for starter operation.
  • the object of the invention is to propose an auxiliary drive for a motor vehicle according to the preamble of claim 1, which has a high efficiency both when starting the engine and when driving the vehicle by the first electric machine.
  • the accessory drive has two planetary gear sets, which are mounted with their axes in the planet, a second ring gear, which can be held by a first brake relative to a housing part, wherein the first planetary gear with the first ring gear and meshing with the sun gear and meshing the second planetary gear set with the second ring gear and the first planetary gear set, a first clutch by which the internal combustion engine is coupled to the first electric machine, and a first freewheel, through which the planet carrier is rotatable only in one direction of rotation.
  • the first electric machine can directly drive the internal combustion engine, whereby the efficiency is increased and the planetary gear is spared, in particular during a warm start of the internal combustion engine.
  • the first clutch is closed, the regenerative power of the first electric machine does not depend on the torque requirement of the at least one auxiliary unit.
  • the first electric machine can be controlled independently of the auxiliary generator as a generator or motor, and thus a boost operation by an additional drive torque of the first electric machine is possible.
  • the switching of the first clutch allows a simple change between a stepless operation and a direct operation.
  • the ancillary drive has a first freewheel, by means of which the planet carrier of the planetary gear can only be rotated in one direction of rotation, it is possible, even when the internal combustion engine is at a standstill, to drive the first ring gear which is in exchange for power with at least one auxiliary unit.
  • This is particularly advantageous in vehicles that can be powered purely electrically, since here, for example, the power steering steering assist pump must be driven.
  • the ancillaries such as Air conditioning and power steering, operated such that, for example, during an increased Lenkhelfpurapenju the performance of the air compressor is reduced. As a result, the sum of the required power for ancillaries can be limited.
  • the accessory drive an extended planetary gear with two planetary gear sets and two ring gears, with only the first planetary gear meshes with the sun gear of the planetary gear and the first ring gear and the second planetary gear meshes with the first planetary gear and the second ring gear, so a first brake, by the second ring gear can be held relative to a housing part, advantageously serve as a starting clutch.
  • the internal combustion engine can be started while the auxiliary drive is running by means of a start transmission by means of the first electric machine. This engine start is characterized by low vibrations.
  • Generator function by generator operation of the first electric machine an alternator of a vehicle with conventional drive is no longer needed
  • the second freewheel through which the first ring gear of the planetary gear, which is in power exchange with at least one auxiliary unit, is rotatable only in one direction of rotation, advantageously allows a translation, and thus a torque multiplication, when starting the internal combustion engine by the first electric machine, in particular at a cold start.
  • a start of the internal combustion engine is advantageously possible, in which the internal combustion engine is accelerated to its idling speed, before the injection process begins. This results in reduced exhaust emissions as compared to a conventional engine start as well as a comfort-enhanced starting process, which is particularly advantageous in start / stop operation.
  • An embodiment of the first clutch by which the internal combustion engine can be coupled with the first electric machine, as a centrifugal clutch leads to significant cost advantages. And the possibilities in each Operating range to drive the at least one auxiliary continuously and demand-driven and also eliminates the limitation of the maximum speed.
  • the ancillary drive has a second brake, by means of which the first element of the planetary gear can be held in relation to a housing part, then it is possible to increase the rotational speed of the at least one ancillary unit. This is particularly advantageous at low engine speeds, especially when a vehicle driveline has another electric machine for generating electrical energy.
  • 1 is a schematic representation of an accessory drive according to the invention with an extended planetary gear, a first clutch for coupling a first electric machine and an internal combustion engine and a first freewheel for determining the direction of rotation of the planet carrier,
  • FIG. 2 shows an illustration of the rotational speeds of the at least one ancillary unit, of the internal combustion engine and of the first electric machine during starting of the internal combustion engine in an auxiliary drive according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an illustration of the rotational speeds of the at least one ancillary unit, the internal combustion engine and the first electric machine during further operation of the auxiliary drive according to FIG. 1;
  • Fig. 4 is a schematic representation of the
  • FIG. 5 is a representation of the rotational speeds of the at least one auxiliary unit, the internal combustion engine and the first electric machine when starting the internal combustion engine in an auxiliary drive according to Figure 4;
  • Fig. 6 is a schematic representation of the
  • FIG. 7 shows an illustration of the rotational speeds of the at least one ancillary unit, of the internal combustion engine and of the first electric machine in an auxiliary drive according to FIG. 6;
  • Fig. 8 is a schematic representation of the
  • Figure 1 shows an accessory drive according to the invention with an extended planetary gear P with a sun gear S, two planetary PR1, PR2 and two ring gears Hl, H2, wherein the second ring gear H2 can be held by a first brake BS against a housing part.
  • the planets of the two planetary gear sets PR1, PR2 are each mounted with their axes in a planet carrier PT.
  • the planets of the first planetary PRl mesh with the sun gear S and the first ring gear Hl and with the planet of the second planetary PR2.
  • the planets of the second planetary PR2 also mesh with the second ring gear H2.
  • a first electric machine EMI with the sun gear S an internal combustion engine VM with the planet PT and at least one auxiliary AG with the first ring gear Hl in the power exchange.
  • a first clutch KVE for example, a multi-plate clutch
  • the engine VM can be coupled to the first electric machine EMI.
  • the auxiliary drive has a first freewheel FVG, by means of which the planet carrier PT is rotatable relative to a housing part only in one direction of rotation. This makes it possible, even if the engine VM is at a standstill, to drive the drive of the at least one accessory AG by the first electric machine EMI.
  • the first freewheel FVG - as represented by the straight line 1 of FIG. 2 - supports the torque of the drive of the at least one ancillary unit AG.
  • the first freewheel FVG can also be arranged elsewhere along the output shaft of the internal combustion engine VM (crankshaft), if this is favorable, for example, with regard to the available installation space.
  • Figure 2 illustrates the speed ratios of at least one auxiliary unit AG, the internal combustion engine VM and the first electric machine EMI.
  • the speeds are plotted in revolutions per minute.
  • the distances on the horizontal axis between the at least one accessory AG, the internal combustion engine VM and the first electric machine EMI result from the translations of the planetary gear P so that the rotational speeds associated with a specific operating point can be connected by a straight line.
  • two known speeds give the speed of the third element.
  • combustion engine VM is to be started from an operating state, as shown by straight line 1 of FIG. 2, ie where the drive of the at least one auxiliary unit AG is driven by the first electric machine EMI when the first clutch KVE is open, then this is advantageous when the drive is running of the at least one accessory AG by closing the first clutch KVE possible.
  • This process is illustrated in FIG. 2 by an arrow from the straight line 1 to the straight line 2.
  • the first brake BS which holds the second ring gear H2
  • the first brake BS be used as a starting clutch.
  • the first brake BS is closed, whereby the speed line 3 passes through the point BS.
  • the second ring gear H2 is therefore still.
  • This engine start is also characterized by low vibrations.
  • FIG. 4 of FIG. 3 shows a state in which the drive of the at least one ancillary unit AG is supported as required, for example only with increased power requirement of the power steering pump or the air conditioning compressor, by the first electric machine EMI and the internal combustion engine VM is idling (approximately 600 U) / min).
  • the first EMI electric machine in this boost mode only has to contribute 20-40% of the required power.
  • the first clutch KVE is open. If the speed of the internal combustion engine VM falls below the idling speed, for example when the vehicle comes to a halt, then the first electric machine EMI is to change from regenerative to engine operation.
  • a speed at the lower limit of normal operation of the internal combustion engine VM of 900 rpm and a stationary first electric machine EMI for driving the at least one auxiliary unit AG at a speed at the lower limit of normal operation of the internal combustion engine VM of 900 rpm and a stationary first electric machine EMI for driving the at least one auxiliary unit AG, a speed of 1200 rpm (straight line 7 of FIG FIG. 3).
  • control of the drive of the at least one auxiliary unit AG can also be the maximum speed of the drive of at least one auxiliary unit AG, such as straight line 6 shows, limit to a speed of 4500 U / min.
  • the first electric machine EMI is operated as a generator, with their power depends on the torque requirement of the drive of at least one auxiliary unit AG.
  • This limited controllability can, for example, by another electric machine in Drivetrain of the motor vehicle to be compensated permanently.
  • the speed of the drive of the at least one accessory AG can be controlled as needed in this way.
  • the drive of the at least one auxiliary unit AG can be driven not only by the internal combustion engine VM, but also by the first electric machine EMI, the engine VM no longer needs to be designed so that it can ensure the functions of all ancillaries already at idle.
  • the first electric machine EMI, the internal combustion engine VM and the sun gear S of the planetary gear P are arranged coaxially in FIG. However, it is also possible that the first electric machine EMI is arranged outside this axis and is connected by means of a belt, chain or gear drive with the sun gear S of the planetary gear P. This results in further optimization possibilities by choosing the translation of the first electric machine EMI.
  • the first clutch KVE by means of which the internal combustion engine VM can be coupled to the first electric machine EMI, is preferably embodied in a form-fitting manner.
  • An embodiment of the first clutch KVE as a centrifugal clutch leads to significant cost advantages. Where the possibilities to drive the at least one accessory AG steplessly and demand-driven in each operating range and also to limit the maximum speed of the auxiliary unit AG, omitted.
  • Figure 4 shows an accessory drive according to the invention with the elements of the accessory drive of Figure 1 and a second freewheel FAG, whose one end is connected to the first ring gear Hl and the other end to a housing part.
  • the second freewheel FAG By the second freewheel FAG, the first ring gear Hl is only in one direction, namely the drive direction of the engine VM, rotatable.
  • the internal combustion engine VM is first brought to normal idle speed, before the injection of fuel is started. This leads compared to a conventional starting process with a starter to lower exhaust emissions and better comfort. As a result, the internal combustion engine VM can go into start / stop operation more frequently, taking into account exhaust gas limit values.
  • Figure 6 shows an accessory drive according to the invention, comprising the elements of the accessory drive of Figure 1 and additionally a second brake KGE, by which the sun gear S of the planetary gear P can be held against a housing part.
  • the rotational speed of the drive of the at least one auxiliary unit AG relative to the rotational speed of the internal combustion engine VM can be increased. This is particularly advantageous at low speeds of the internal combustion engine VM.
  • the fact that the first electric machine EMI can not generate electrical energy in this locked-down state can be compensated, for example, by a second electric machine in the drive train of the motor vehicle.
  • Figure 8 shows an accessory drive according to the invention with the elements of the accessory drive of Figure 1, wherein the planet PT and thus the output shaft of the engine VM via a second clutch KVM and preferably a torsional vibration damper with a transmission input shaft GE a drive gear G is connectable.
  • the driving gear G is connected on the output side with an axle drive, not shown, and thus drives wheels of the motor vehicle.
  • a drive G preferably a change gear is used. However, it can also serve a continuously variable transmission as a driving gear G.
  • the transmission input shaft GE is also a second electric machine EM2 in the power exchange, which can be operated both as a generator and motor.
  • the second clutch KVM is open, for example, then the vehicle can be driven solely by the second electric machine EM2.
  • the second clutch KVM is closed, a drive torque can be applied by the internal combustion engine VM and / or the first electric machine EMI and / or the second electric machine EM2.
  • one or both electric machines EMI, EM2 regenerative can be operated.
  • the second clutch KVM is closed, the second electric machine EM2 can be used to start the internal combustion engine VM.
  • the elements disposed on the output side of the second clutch KVM could also be combined with elements of the auxiliary drive according to FIGS. 4 or 6.
  • FIG. 9 shows an accessory drive according to the invention with the elements of the auxiliary drive according to FIG. 4, wherein the planet carrier PT and thus the output shaft of the internal combustion engine VM can be connected via a second clutch KVM to a third ring gear TH of a drive train planetary gear TP.
  • the planet carrier PT could also be connectable to another element of the driveline planetary gear TP, but would then give less advantageous gear ratios.
  • a second electric machine EM2 is connected to a sun gear TS of the driveline planetary gear TP.
  • a planet carrier TPT of the driveline planetary gear TP is connected to the transmission input shaft GE of the drive gear G.
  • the third clutch KEG when the third clutch KEG is open and the second clutch KVM is open, it is possible to drive the motor vehicle purely electrically by means of the second electric machine EM2 with a transmission through the driveline planetary gear TP.
  • the at least one auxiliary unit AG can be driven by the first electric machine EMI or the internal combustion engine VM.
  • the motor vehicle driven with a continuously variable ratio.
  • the rotational speed of the transmission input shaft GE is controllable by the rotational speeds of the second electric machine EM2 and the internal combustion engine VM.
  • a geared neutral function is also possible, in which the rotational speeds of the internal combustion engine VM and the second electric machine EM2 are set such that the rotational speed of the transmission input shaft GE is zero and the motor vehicle thus stands.
  • the elements disposed on the output side of the second clutch KVM could also be combined with elements of the auxiliary drive according to FIGS. 1 or 6.

Abstract

Nebenaggregatantrieb,für ein Kraftfahrzeug mit einem Planetengetriebe, wobei ein Sonnenrad (S) des Planetengetriebes (P) mit einer ersten Elektromaschine (EMI), ein Planetenradträger (PT) mit einem Verbrennungsmotor (VM) und ein erstes Hohlrad (Hl) mit mindestens einem Nebenaggregat (AG) im Leistungsaustausch stehen. Zwei Planetenradsätze (PRl, PR2), die mit ihren Achsen im Planetenradträger (PT) gelagert sind, ein zweites Hohlrad (H2), das durch eine erste Bremse (BS) still gehalten werden kann, wobei der erste Planetenradsatz (PRl) mit dem ersten Hohlrad (Hl) und dem Sonnenrad (S) kämmt und der zweite Planetenradsatz (PR2) mit dem zweiten Hohlrad (H2) und dem ersten Planetenradsatz (PRl) kämmt, eine erste Kupplung (KVE), durch die der Verbrennungsmotor (VM) mit der ersten Elektromaschine (EMI) koppelbar ist, und einen ersten Freilauf (FVG) auf, durch den der Planetenradträger (PT) nur in eine Drehrichtung drehbar ist.

Description

Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Werden Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimakompressoren, Lüfter, LenkheIfpumpen oder Öl- und Wasserpumpen, in Kraftfahrzeugen verwendet, bei denen die Nebenaggregate mit einer Drehzahl proportional zur Drehzahl des Verbrennungsmotors angetrieben werden, so müssen diese über einen breiten Drehzahlbereich, bei Ottomotoren beispielsweise von 600 bis 6000 U/min, also ein Faktor 10 beim Verhältnis von Höchstdrehzahl zu Niedrigstdrehzahl, die an sie gestellten Anforderungen erfüllen. Dies führt dazu, dass beispielsweise eine Wasserpumpe, die einen ausreichenden Kühlmittelfluss im Leerlauf des Verbrennungsmotors liefern muss, bei höheren Verbrennungsmotordrehzahlen eine unnötig hohe Kühlmittelmenge fördert und damit erhebliche Verluste verursacht. Andere Nebenaggregate wiederum bringen beim Leerlauf marginale Leistung und werden selten im optimalen Betriebsbereich betrieben.
Um Nebenaggregate bei Stillstand des Verbrennungsmotors antreiben zu können, ist bekannt, einen separaten Elektromotor vorzusehen, der den Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors über einen Freilauf antreibt. Ein Freilauf ist eine Vorrichtung, die einen Teil eines Antriebsstranges von der Drehbewegung entkoppelt, wenn sich die Lastverhältnisse ändern. Ein Freilauf kann beispielsweise als Rollenfreilauf, Lamellenfreilauf oder Klemmkörperfreilauf ausgeführt sein. Ein Klemmkörperfreilauf besteht aus einem Innenring, einem Außenring und aus in einem Käfig gelagerten Klemmkörpern. Bei einem Antrieb durch den Innenring drücken Federn die Klemmkörper leicht zwischen den Innenring und den Außenring, so dass sich die Klemmkörper abhängig von deren Drehung in ihren Aufnahmeräumen verschieben. Weil sich die Aufnahmeräume der Klemmkörper von den Federn weg verjüngen, ist das übertragene Drehmoment größer, je weiter der Innenring gegenüber dem Außenring verdreht wird. Durch passende Auswahl des Anstellwinkels des sich ausbildenden Klemmkeiles ist die Ausführung auch bei bester Schmierung - physikalisch bedingt - absolut rutschsicher, es herrscht der Zustand der Selbsthemmung. Der Verjüngungswinkel muss dazu so gewählt werden, dass er kleiner oder gleich dem Arcustangens der Gleitreibungszahl μ ist. Dreht sich die Drehrichtung um oder ist die äußere Drehzahl größer als die innere Drehzahl, rollen die Klemmkörper in Richtung der Feder, die Klemmung wird aufgehoben.
Elektromaschinen, die sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden, weisen ebenfalls die Problematik auf, dass sie im motorischen Betrieb eine andere Übersetzung als im Generatormodus benötigen. Dies führt zumeist zu einer Überdimensionierung der Elektromaschinen. Beispielsweise benötigen Starter-Generatoren im Starter-Modus eine höhere Übersetzung als im Generatormodus, was zu einer überdimensionierten Auslegung für den Starterbetrieb führt.
Ebenso sind elektrische Nebenaggregate bekannt, die insbesondere bei Hybridfahrzeugen verwendet werden, da hier ausreichend elektrische Energie zur Versorgung der Nebenaggregate vorhanden ist. Diese sind jedoch teuer.
Aus der DE 43 33 907 C2 ist ein Nebenaggregateantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Überlagerungsgetriebe mit einer Eingangsbasis und zwei Ausgangsbasen bekannt, wobei die Eingangsbasis mit einem Verbrennungsmotor, die erste Ausgangsbasis mit einem Nebenaggregatverbund und die zweite Ausgangsbasis mit einer als Generator betriebenen Induktionsmaschine in Drehverbindung steht. Die Drehzahl des Nebenaggregatverbunds ist durch das Überlagerungsgetriebe derart stufenlos steuerbar, dass sie sich in einem gleichmäßigen und möglichst idealen Bereich befindet. Allerdings ist im stufenlosen Betrieb die generatorische Leistung der Induktionsmaschine wegen der Abhängigkeit von dem Drehmomentbedarf des Nebenaggregatverbunds nur eingeschränkt steuerbar. Um von einem Betrieb mit stufenloser Übersetzung in einen Betrieb mit direkter Übersetzung zu gelangen, müssen nachteilig mehrere Kupplungen geschaltet werden .
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzuschlagen, der sowohl beim Starten des Verbrennungsmotors als auch beim Antreiben des Fahrzeuges durch die erste Elektromaschine einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß weist der Nebenaggregatantrieb zwei Planetenradsätze, die mit ihren Achsen im Planetenradträger gelagert sind, ein zweites Hohlrad, das durch eine erste Bremse gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann, wobei der erste Planetenradsatz mit dem ersten Hohlrad und dem Sonnenrad kämmt und der zweite Planetenradsatz mit dem zweiten Hohlrad und dem ersten Planetenradsatz kämmt, eine erste Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten Elektromaschine koppelbar ist, und einen ersten Freilauf auf, durch den der Planetenradträger nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
Bei der Verwendung einer ersten Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten Elektromaschine koppelbar ist, kann die erste Elektromaschine den Verbrennungsmotor direkt antreiben, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird und das Planetengetriebe, insbesondere bei einem Warmstart des Verbrennungsmotors, geschont wird. Ebenso ist hierdurch bei geschlossener erster Kupplung die generatorische Leistung der ersten Elektromaschine nicht von dem Drehmomentbedarf des mindestens einen Nebenaggregats abhängig. Dies führt zu dem Vorteil, dass die erste Elektromaschine unabhängig von dem Nebenaggregat generatorisch oder motorisch steuerbar ist, und somit ein Boostbetrieb durch ein zusätzliches Antriebsmoment der ersten Elektromaschine möglich ist. Des Weiteren ermöglicht das Schalten der ersten Kupplung einen einfachen Wechsel zwischen einem stufenlosen Betrieb und einem direkten Betrieb.
Weist der Nebenaggregatantrieb einen ersten Freilauf auf, durch den der Planetenradträger des Planetengetriebes nur in eine Drehrichtung drehbar ist, so ist es möglich, auch wenn sich der Verbrennungsmotor im Stillstand befindet, das erste Hohlrad, das mit mindestens einem Nebenaggregat im Leistungsaustausch steht, anzutreiben. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben werden können, von Vorteil, da hier beispielsweise die Lenkhelfpumpe der Servolenkung angetrieben werden muss. In bevorzugter Weise werden hierbei die Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimaanlage und Servolenkung, derart betrieben, dass beispielsweise während einer erhöhten Lenkhelfpurapenleistung die Leistung des Klimakompressors reduziert wird. Hierdurch kann die Summe der erforderlichen Leistung für Nebenaggregate begrenzt werden.
Weist der Nebenaggregatantrieb ein erweitertes Planetengetriebe mit zwei Planetenradsätzen und zwei Hohlrädern auf, wobei nur der erste Planetenradsatz mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes sowie dem ersten Hohlrad kämmt und der zweite Planetenradsatz mit dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Hohlrad kämmt, so kann eine erste Bremse, durch die das zweite Hohlrad gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann, vorteilhaft als Startkupplung dienen. Hierbei kann bei laufendem Nebenaggregatantrieb durch eine Startübersetzung mittels der ersten Elektromaschine der Verbrennungsmotor gestartet werden. Dieser Verbrennungsmotorstart zeichnet sich durch geringe Vibrationen aus .
Das Planetengetriebe ermöglicht vorteilhaft
- ein höheres Drehmoment beim Starten des Verbrennungsmotors durch die erste Elektromaschine bei geöffneter erster Kupplung, insbesondere beim Kaltstart,
- eine Drehmomentverteilung zwischen Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine beim Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats, insbesondere wenn sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, und
- eine stufenlose Steuerung des Nebenaggregatantriebs, wodurch der Betriebsbereich des mindestens einen Nebenaggregats in Bezug auf sein Drehzahlspektrum reduziert werden kann. Durch den erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb können vorteilhaft die folgenden Funktionalitäten eines Hybridantriebsstranges realisiert werden:
- Generatorfunktion durch generatorischen Betrieb der ersten Elektromaschine (eine Lichtmaschine eines Fahrzeuges mit konventionellen Antrieb wird nicht mehr benötigt) ,
- Start/Stopp-Funktionalität durch Starten des Verbrennungsmotors mittels der ersten Elektromaschine,
- Boostfunktion durch zusätzliches Antriebsmoment der ersten Elektromaschine und
- Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats durch die erste Elektromaschine bei Stillstand des Verbrennungsmotors .
Der zweite Freilauf, durch den das erste Hohlrad des Planetengetriebes, das mit mindestens einem Nebenaggregat im Leistungsaustausch steht, nur in eine Drehrichtung drehbar ist, ermöglicht vorteilhaft eine Übersetzung, und damit eine Drehmomentmultiplikation, beim Starten des Verbrennungsmotors durch die erste Elektromaschine, insbesondere bei einem Kaltstart. Hierdurch ist vorteilhaft ein Start des Verbrennungsmotors möglich, bei dem der Verbrennungsmotor auf seine Leerlaufdrehzahl beschleunigt wird, bevor der Einspritzvorgang beginnt. Dies führt gegenüber einem konventionellen Verbrennungsmotorstart zu verringerten Abgasemissionen sowie zu einem bezüglich des Komforts verbesserten Startvorgang, was insbesondere bei einem Start/Stopp-Betrieb von großem Vorteil ist.
Eine Ausführung der ersten Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten Elektromaschine koppelbar ist, als Fliehkraftkupplung führt zu deutlichen Kostenvorteilen. Wobei die Möglichkeiten, in jedem Betriebsbereich das mindestens eine Nebenaggregat stufenlos und bedarfsgerecht anzutreiben und auch die Begrenzung der Höchstdrehzahl entfallen.
Weist der Nebenaggregatantrieb eine zweite Bremse auf, durch die das erste Element des Planetengetriebes gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann, so ist es möglich, die Drehzahl des mindestens einen Nebenaggregats zu erhöhen. Dies ist bei niedrigen Verbrennungsmotordrehzahlen besonders vorteilhaft, insbesondere wenn ein Fahrzeugtriebstrang eine weitere Elektromaschine zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nebenaggregatantriebs mit einem erweiterten Planetengetriebe, einer ersten Kupplung zur Kopplung einer ersten Elektromaschine und eines Verbrennungsmotors und einem ersten Freilauf zur Bestimmung der Drehrichtung des Planetenradträgers,-
Fig. 2 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim Starten des Verbrennungsmotors bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß Figur 1 ;
Fig. 3 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim weiteren Betrieb des Nebenaggregatantriebs gemäß Figur 1; Fig. 4 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 mit einem zweiten Freilauf zur Bestimmung der Drehrichtung des ersten Hohlrades;
Fig. 5 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim Starten des Verbrennungsmotors bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß Figur 4 ;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 mit einer zusätzlichen zweiten Bremse zum Festhalten des Sonnenrades ;
Fig. 7 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß Figur 6 ;
Fig. 8 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 1, wobei der Planetenradträger über eine zweite Kupplung mit einer Eingangswelle eines Fahrgetriebes verbindbar ist, die zudem mit einer zweiten Elektromaschine im Leistungsaustausch steht; und
Fig. 9 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 4 , wobei der Planetenradträger über eine zweite Kupplung mit einem dritten Hohlrad eines Triebstrangplanetengetriebes verbindbar ist.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb mit einem erweiterten Planetengetriebe P mit einem Sonnenrad S, zwei Planetenradsätzen PRl, PR2 und zwei Hohlrädern Hl, H2 , wobei das zweite Hohlrad H2 durch eine erste Bremse BS gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann. Die Planeten der beiden Planetenradsätze PRl, PR2 sind mit ihren Achsen jeweils in einem Planetenradträger PT gelagert. Die Planeten des ersten Planetenradsatzes PRl kämmen mit dem Sonnenrad S und dem ersten Hohlrad Hl sowie mit den Planeten des zweiten Planetenradsatzes PR2. Die Planeten des zweiten Planetenradsatzes PR2 kämmen zudem mit dem zweiten Hohlrad H2.
Hierbei stehen eine erste Elektromaschine EMI mit dem Sonnenrad S, ein Verbrennungsmotor VM mit dem Planetenradträger PT und mindestens ein Nebenaggregat AG mit dem ersten Hohlrad Hl im Leistungsaustausch. Durch eine erste Kupplung KVE, beispielsweise eine Lamellenkupplung, kann der Verbrennungsmotor VM mit der ersten Elektromaschine EMI gekoppelt werden.
Des Weiteren weist der Nebenaggregatantrieb einen ersten Freilauf FVG auf, durch den der Planetenradträger PT gegenüber einem Gehäuseteil nur in eine Drehrichtung drehbar ist. Dadurch ist es möglich, auch wenn sich der Verbrennungsmotor VM im Stillstand befindet, den Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG durch die erste Elektromaschine EMI anzutreiben. Hierbei stützt der erste Freilauf FVG - wie durch die Gerade 1 der Figur 2 dargestellt - das Moment des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG ab.
Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben werden können, also so genannten Vollhybrid- Fahrzeugen, von Vorteil, da hier beispielsweise die Lenkhelfpumpe der Servolenkung angetrieben werden muss, während das Fahrzeug rein elektrisch fährt. In bevorzugter Weise werden hierbei die Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimaanlage und Servolenkung, derart betrieben, dass beispielsweise während einer erhöhten Lenkhelfpumpenleistung die Leistung des Klimakompressors reduziert wird. Hierdurch kann die Summe der gleichzeitigen Leistungsbedarfe der Nebenaggregate begrenzt werden.
Der erste Freilauf FVG kann auch an anderer Stelle entlang der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM (Kurbelwelle) angeordnet sein, wenn dies beispielsweise bezüglich des zur Verfügung stehenden Bauraums günstig ist.
Weitere Vorteile durch die Abstützung des Planetenradträgers PT mittels des ersten Freilaufs FVG ergeben sich auch bei einem Fahrzeug, das rein elektrisch angetrieben wird.
Figur 2 verdeutlicht die Drehzahlverhältnisse des mindestens einen Nebenaggregats AG, des Verbrennungsmotors VM und der ersten Elektromaschine EMI. Auf der vertikalen Achse sind die Drehzahlen in Umdrehungen pro Minute aufgetragen. Die Abstände auf der horizontalen Achse zwischen dem mindestens einen Nebenaggregat AG, dem Verbrennungsmotor VM und der ersten Elektromaschine EMI ergeben sich aus den Übersetzungen des Planetengetriebes P so, dass sich die zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörenden Drehzahlen durch eine Gerade verbinden lassen. Somit ergeben zwei bekannte Drehzahlen die Drehzahl des dritten Elements .
Soll von einem Betriebszustand aus, wie ihn Gerade 1 der Figur 2 zeigt, wo also der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG durch die erste Elektromaschine EMI bei geöffneter erster Kupplung KVE angetrieben wird, der Verbrennungsmotor VM gestartet werden, so ist dies vorteilhaft bei laufendem Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG durch ein Schließen der ersten Kupplung KVE möglich. Dieser Vorgang ist in Figur 2 durch einen Pfeil von der Geraden 1 zur Geraden 2 verdeutlicht.
Hierbei wäre allerdings keine Übersetzung beim Starten des Verbrennungsmotors VM gegeben. Des Weiteren kann es beim Schließen der ersten Kupplung KVE zu Einschränkungen bezüglich des Fahrkomforts kommen, wobei zudem die Betriebsfestigkeit durch die hohe Beanspruchung berücksichtigt werden muss.
Besonders bevorzugt kann alternativ zum Starten des Verbrennungsmotors VM, ohne dass der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG gestoppt werden muss, die erste Bremse BS, die das zweite Hohlrad H2 festhält, als Startkupplung verwendet werden. Ausgehend vom Zustand gemäß Gerade 1 wird also die erste Bremse BS geschlossen, wodurch die Drehzahllinie 3 durch den Punkt BS geht. Das zweite Hohlrad H2 steht also still. Dies führt im Gegensatz zu einer direkten Kopplung des Verbrennungsmotors VM mit der ersten Elektromaschine EMI durch die erste Kupplung KVE zu einer Startübersetzung. Dieser Verbrennungsmotorstart zeichnet sich zudem durch geringe Vibrationen aus.
Gerade 4 der Figur 3 zeigt einen Zustand, bei dem der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG bedarfsgerecht, beispielsweise erst bei erhöhtem Leistungsbedarf der Lenkhelfpumpe oder des Klimakompressors, durch die erste Elektromaschine EMI unterstützt wird und sich der Verbrennungsmotor VM im Leerlauf (ca. 600 U/min) befindet. Je nach Konfiguration und Betriebszustand muss die erste Elektromaschine EMI in diesem Boostbetrieb lediglich 20-40% zur geforderten Leistung beitragen. Hierbei ist die erste Kupplung KVE geöffnet. Unterschreitet die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM die Leerlaufdrehzahl, beispielsweise wenn das Fahrzeug zum Stehen kommt, so soll die erste Elektromaschine EMI vom generatorischen in den motorischen Betrieb wechseln.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ergibt sich bei einer Drehzahl an der unteren Grenze des Normalbetriebs des Verbrennungsmotors VM von 900 U/min und einer stillstehenden ersten Elektromaschine EMI für den Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG eine Drehzahl von 1200 U/min (Gerade 7 der Figur 3) .
Oberhalb dieser Drehzahl, dargestellt durch die Gerade 5, wird die erste Kupplung KVE geschlossen, um so einen unabhängigen Generator- bzw. Boostbetrieb zu ermöglichen.
Unterhalb dieser Drehzahl öffnet sich bei einem Leistungsbedarf des mindestens einen Nebenaggregats AG die erste Kupplung KEV und die Drehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG wird über die erste Elektromaschine EMI so gesteuert, dass sie 1200 U/min nicht unterschreitet. So wird der Betriebsdrehzahlbereich für die Nebenaggregate nach unten hin beschränkt .
Durch diese stufenlose Steuerung des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG lässt sich ebenso die Höchstdrehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG, wie beispielsweise Gerade 6 zeigt, auf eine Drehzahl von 4500 U/min begrenzen. Hierbei wird die erste Elektromaschine EMI generatorisch betrieben, wobei ihre Leistung vom Drehmomentbedarf des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG abhängt. Diese eingeschränkte Steuerbarkeit kann beispielsweise durch eine weitere Elektromaschine im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges auf Dauer ausgeglichen werden .
Zudem lässt sich auf diese Art und Weise die Drehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG bedarfsgerecht steuern.
Dadurch, dass der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG nicht nur durch den Verbrennungsmotor VM, sondern auch durch die erste Elektromaschine EMI angetrieben werden kann, muss der Verbrennungsmotor VM nicht mehr so ausgelegt werden, dass er die Funktionen aller Nebenaggregate bereits im Leerlauf gewährleistet kann.
Die erste Elektromaschine EMI, der Verbrennungsmotor VM sowie das Sonnenrad S des Planetengetriebes P sind in Figur 1 koaxial angeordnet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die erste Elektromaschine EMI außerhalb dieser Achse angeordnet ist und mittels eines Riemen- , Ketten- oder Zahnradantriebes mit dem Sonnenrad S des Planetengetriebes P verbunden ist. Hierbei entstehen weitere Optimierungsmöglichkeiten durch die Wahl der Übersetzung der ersten Elektromaschine EMI .
Die erste Kupplung KVE, durch die der Verbrennungsmotor VM mit der ersten Elektromaschine EMI koppelbar ist, ist vorzugsweise formschlüssig ausgeführt. Eine Ausführung der ersten Kupplung KVE als Fliehkraftkupplung führt zu deutlichen Kostenvorteilen. Wobei die Möglichkeiten, in jedem Betriebsbereich das mindestens eine Nebenaggregat AG stufenlos und bedarfsgerecht anzutreiben und auch die Höchstdrehzahl des Nebenaggregats AG zu begrenzen, entfallen.
Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 und einem zweiten Freilauf FAG, dessen eines Ende mit dem ersten Hohlrad Hl und dessen anderes Ende mit einem Gehäuseteil verbunden ist. Durch den zweiten Freilauf FAG ist das erste Hohlrad Hl nur in eine Richtung, nämlich der Antriebsrichtung des Verbrennungsmotors VM, drehbar.
Hierdurch ergibt sich, wie die Gerade 8 der Figur 5 zeigt, bei einer alternativen Methode zum Starten des Verbrennungsmotors VM durch die erste Elektromaschine EMI bei geöffneter erster Kupplung KVE eine Hebelwirkung, d.h. das Drehmoment am Planetenradträger PT steigt auf etwa das Dreifache an. Durch diese Übersetzung kann eine erste Elektromaschine EMI, die zum Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG eine mechanische Leistung von 3 - 6 kW erzeugen kann, den Verbrennungsmotor VM problemlos starten.
Beim Startvorgang, der besonders bevorzugt bei einem Kaltstart angewandt wird, wird der Verbrennungsmotor VM zunächst auf normale Leerlaufdrehzahl gebracht wird, bevor mit der Einspritzung von Kraftstoff begonnen wird. Dies führt gegenüber einem konventionellen Startvorgang mit einem Anlasser zu geringeren Abgasemissionen und zu einem besseren Komfort . Hierdurch kann der Verbrennungsmotor VM unter Berücksichtigung von Abgasgrenzwerten häufiger in den Start/Stopp-Betrieb gehen.
Figur 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb, der die Elemente des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 und zusätzlich eine zweite Bremse KGE aufweist, durch die das Sonnenrad S des Planetengetriebes P gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann.
Wie die Geraden 9 und 10 aus Figur 7 deutlich machen, kann bei durch die zweite Bremse KGE festgehaltenem Sonnenrad S und damit festgehaltener erster Elektromaschine EMI die Drehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG gegenüber der Drehzahl des Verbrennungsmotors VM erhöht werden. Dies ist insbesondere bei niederen Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM von Vorteil. Dass die erste Elektromaschine EMI in diesem festgebremsten Zustand keine elektrische Energie erzeugen kann, kann beispielsweise durch eine zweite Elektromaschine im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges kompensiert werden.
Figur 8 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1, wobei der Planetenradträger PT und somit die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM über eine zweite Kupplung KVM und vorzugsweise einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Getriebeeingangswelle GE eines Fahrgetriebes G verbindbar ist.
Das Fahrgetriebe G ist abtriebsseitig mit einem nicht dargestellten Achsgetriebe verbunden und treibt so Räder des Kraftfahrzeuges an. Als Fahrgetriebe G wird vorzugsweise ein Wechselgetriebe verwendet. Es kann jedoch auch ein stufenloses Getriebe als Fahrgetriebe G dienen.
Mit der Getriebeeingangswelle GE steht zudem eine zweite Elektromaschine EM2 im Leistungsaustausch, die sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden kann. Ist die zweite Kupplung KVM beispielsweise geöffnet, so kann das Fahrzeug allein durch die zweite Elektromaschine EM2 angetrieben werden. Bei geschlossener zweiter Kupplung KVM kann ein Antriebsmoment vom Verbrennungsmotor VM und/oder der ersten Elektromaschine EMI und/oder der zweiten Elektromaschine EM2 aufgebracht werden. Wobei hierbei auch eine oder beide Elektromaschinen EMI, EM2 generatorisch betrieben werden können. Ebenso kann bei geschlossener zweiter Kupplung KVM die zweite Elektromaschine EM2 zum Starten des Verbrennungsmotors VM dienen.
Anstatt mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 könnten die abtriebsseitig von der zweiten Kupplung KVM angeordneten Elemente auch mit Elementen der Nebenaggregatantriebe nach den Figuren 4 oder 6 kombiniert werden .
In Figur 9 ist ein erfindungsgemäßer Nebenaggregatantrieb mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 4 dargestellt, wobei der Planetenradträger PT und somit die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM über eine zweite Kupplung KVM mit einem dritten Hohlrad TH eines Triebstrangplanetengetriebes TP verbindbar ist. Der Planetenradträger PT könnte auch mit einem anderen Element des Triebstrangplanetengetriebes TP verbindbar sein, jedoch würden sich dann weniger vorteilhafte Übersetzungsverhältnisse ergeben .
Durch einen dritten Freilauf FV2 , der mit dem dritten Hohlrad TH verbunden ist, ist eine Drehung des dritten Hohlrads TH gegenüber einem Gehäuseteil nur in eine Drehrichtung möglich.
Eine zweite Elektromaschine EM2 ist mit einem Sonnenrad TS des Triebstrangplanetengetriebes TP verbunden. Ein Planetenradträger TPT des Triebstrangplanetengetriebes TP ist mit der Getriebeeingangswelle GE des Fahrgetriebes G verbunden.
Des Weiteren ist der Planetenradträger TPT und damit die Getriebeeingangswelle GE durch eine dritte Kupplung KEG direkt mit dem Sonnenrad TS und damit mit der zweiten Elektromaschine EM2 koppelbar.
Somit ergibt sich bei geöffneter dritter Kupplung KEG und geöffneter zweiter Kupplung KVM die Möglichkeit, das Kraftfahrzeug rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine EM2 mit einer Übersetzung durch das Triebstrangplanetengetriebe TP anzutreiben. Wobei hierbei das mindestens eine Nebenaggregat AG durch die erste Elektromaschine EMI oder den Verbrennungsmotor VM angetrieben werden kann.
Ebenso ist es bei geöffneter dritter Kupplung KEG und geschlossener zweiter Kupplung KVM möglich, das Kraftfahrzeug mit einer stufenlosen Übersetzung antreibbar. Hierbei ist die Drehzahl der Getriebeeingangswelle GE durch die Drehzahlen der zweiten Elektromaschine EM2 und des Verbrennungsmotors VM steuerbar. In diesem Modus ist ebenfalls eine Geared Neutral Funktion möglich, bei der die Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM und der zweiten Elektromaschine EM2 derart eingestellt werden, dass die Drehzahl der Getriebeeingangswelle GE Null ist und das Kraftfahrzeug somit steht.
Bei geschlossener dritter Kupplung KEG und geöffneter zweiter Kupplung KVM kann das Kraftfahrzeug rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine EM2 ohne Übersetzung angetrieben werden .
Bei geschlossener dritter Kupplung KEG und geschlossener zweiter Kupplung KVM weisen die Getriebeeingangswelle GE, der Verbrennungsmotor VM und die zweite Elektromaschine EM2 die gleiche Drehzahl auf, wobei ein Antrieb des Kraftfahrzeuges durch den Verbrennungsmotor VM und/oder die zweite Elektromaschine EM2 möglich ist.
Bei sämtlichen zuvor beschriebenen Antriebsmodi ist es auch möglich, eine oder beide Elektromaschinen EMI, EM2 generatorisch zu betreiben.
Anstatt mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 4 könnten die abtriebsseitig von der zweiten Kupplung KVM angeordneten Elemente auch mit Elementen der Nebenaggregatantriebe nach den Figuren 1 oder 6 kombiniert werden .

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Planetengetriebe (P) , wobei
- ein Sonnenrad (S) des Planetengetriebes (P) mit einer ersten Elektromaschine (EMI) ,
- ein Planetenradträger (PT) mit einem Verbrennungsmotor (VM) und
- ein erstes Hohlrad (Hl) mit mindestens einem Nebenaggregat (AG) im Leistungsaustausch stehen, gekennzeichnet durch
- zwei Planetenradsätze (PRl, PR2) , die mit ihren Achsen im Planetenradträger (PT) gelagert sind,
- ein zweites Hohlrad (H2) , das durch eine erste Bremse (BS) gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann,
- wobei der erste Planetenradsatz (PRl) mit dem ersten Hohlrad (Hl) und dem Sonnenrad (S) kämmt und der zweite Planetenradsatz (PR2) mit dem zweiten Hohlrad (H2) und dem ersten Planetenradsatz (PRl) kämmt,
- eine erste Kupplung (KVE) , durch die der Verbrennungsmotor (VM) mit der ersten Elektromaschine
(EMI) koppelbar ist, und
- einen ersten Freilauf (FVG) , durch den der Planetenradträger (PT) nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
2. Nebenaggregatantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Freilauf (FAG) , durch den das erste Hohlrad (Hl) des Planetengetriebes (P) nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
3. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche , gekennzeichnet durch eine zweite Bremse (KGE) , durch die das Sonnenrad (S) des Planetengetriebes (P) gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann.
4. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (PT) des Planetengetriebes (P) über eine zweite Kupplung (KVM) mit einer Getriebeeingangswelle (GE) eines Fahrgetriebes (G) verbindbar ist, wobei eine zweite Elektromaschine (EM2) mit der Getriebeeingangswelle (GE) im Leistungsaustausch steht .
5. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (PT) des Planetengetriebes (P) über eine zweite Kupplung (KVM) mit einem Element (TH) eines Triebstrangplanetengetriebes (TP) verbindbar ist, wobei das Element (TH) des Triebstrangplanetengetriebes (TP) durch einen dritten Freilauf (FV2) nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
6. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (KVE) eine Fliehkraftkupplung ist.
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