EP2454468A1 - Generator-antriebssystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Generator-antriebssystem für eine brennkraftmaschine

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EP2454468A1
EP2454468A1 EP10734954A EP10734954A EP2454468A1 EP 2454468 A1 EP2454468 A1 EP 2454468A1 EP 10734954 A EP10734954 A EP 10734954A EP 10734954 A EP10734954 A EP 10734954A EP 2454468 A1 EP2454468 A1 EP 2454468A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
drive system
internal combustion
combustion engine
designed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10734954A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Stief
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP2454468A1 publication Critical patent/EP2454468A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B67/06—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus driven by means of chains, belts, or like endless members
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    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
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    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/022—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop

Definitions

  • the invention is directed to a generator drive system for driving the generator of an internal combustion engine, and possibly other ancillary components of that internal combustion engine. Furthermore, the invention is also directed to a method for tuning the operation of an internal combustion engine.
  • the object of the invention is to provide solutions by which it is possible to reduce the mechanical loads occurring within a drive system provided for driving a generator.
  • a generator drive system for the generator of an internal combustion engine comprising a traction mechanism of a traction means which is guided over a generator rotor disk which serves to drive the generator
  • this drive system is characterized in that the Generator running disk is coupled to the generator via a coupling device, wherein said coupling device is designed such that it is switchable in response to the operating condition of the internal combustion engine in a release state can be brought.
  • the coupling device is designed such that in that release state substantially no torque between the generator rotor disk and a driven component of the generator is transmitted, so that when operating the internal combustion engine in that release state substantially no mechanical Work is withdrawn by the generator from the traction drive and the inertia-prone components of the generator have no effect on the loads in the traction drive.
  • the coupling device is preferably designed according to a particular aspect of the invention as a dog clutch.
  • the jaw structure may be designed so that an overload protection is achieved by this, so that a faulty connection of the jaw clutch, eg insufficient synchronization causes no excessive component loads of the interacting components.
  • the clutch as a dog clutch
  • This clamp coupling can be designed so that it also causes a torque limiter, so that as stated above in case of insufficient synchronization or premature connection of the generator rotor to the associated pulley no undue stresses occur.
  • the coupling device is preferably constructed such that it comprises an electromechanical switching structure for the controlled cancellation and / or induction of a clutch engagement state by electrical means. According to a particular aspect of the invention, it is possible in this case to design the coupling device such that it is only effective for bringing about a change of the engagement state, i. briefly must be energized for loosening or closing.
  • the coupling device comprises, for example, an electromagnetically displaceable locking member that is secured in the respective end position by an auxiliary mechanism with a sufficient securing effect.
  • the coupling device it is also possible to design the coupling device so that it must be subjected to voltage only for the temporary bringing about the release state. This variant is particularly suitable for applications by which primarily the loads of the traction mechanism drive and the load of an electric starter for start-stop systems are to be lowered.
  • the generator is designed so that it is temporarily operable as a motor, wherein the generator in the context of a speed adjustment mode by electric power supply is controlled such that it reaches a tuned to the current operating speed of the engine speed which allows a bringing about a clutch engagement state.
  • the current operating speed of the internal combustion engine can be tapped in an advantageous manner from an engine control of the internal combustion engine.
  • a pulser structure can be arranged on the running disk.
  • the detection of a sufficient synchronous operation can also be detected by other measures, in particular by means of the voltage frequency at the "generator" and the ignition or injection pulses of the internal combustion engine.
  • the coupling device may comprise a load-dependent switching mechanism which, in the context of the loads typical for an engine starting operation, i.
  • the mechanism can then be provided on the clutch device which ensures that the clutch device returns to an engaged state when the generator reaches a sufficient level as a result of a generator acceleration phase due to electric power supply Has reached speed, in particular the generator pulley has slightly overhauled Ü.
  • the mechanism according to the invention can be integrated into a running disk as a largely closed assembly and in this case have a hub structure which is compatible with conventional generator shafts.
  • This special mechanism can then be integrated into the corresponding internal combustion engine essentially by substitution of a conventional pulley.
  • a magnetic coil winding provided for switching over the coupling on the front region of the generator and to connect the generator and the switchable active component.
  • the coupling according to the invention is preferably arranged between the pulley and the generator shaft. It is also possible to design the coupling device so that it is effective between the generator shaft and the runner sitting thereon.
  • a transmission is preferably provided between the generator device and the running disk.
  • This transmission is preferably designed as a reduction gear that serves as such that when operating the internal combustion engine in the high speed range no inadmissibly high generator speeds occur.
  • This transmission is preferably designed as a planetary gear. Especially in the realization of the inventive concept including a transmission, it is possible to make the bringing about of the coupling state by stalling a component, in particular a planet carrier or ring gear of this transmission.
  • the concept according to the invention advantageously achieves a significant reduction in the effective total engine mass moment of inertia. This results in particular for the engine start a significant reduction in the effective FEAD or total engine inertia. In addition, a decoupling at critical speeds is possible.
  • the inventive concept advantageously allows a lower belt pretension. This results in an advantageous manner a reduction of the (friction) power loss. In addition, compared to previous concepts significantly lower forces on all components in the belt drive.
  • the inventive concept also makes it possible to reduce the reactive power surge in the region of the generator.
  • the concept according to the invention comprises the approach of incorporating into a generator disk a coupling, in particular a dog clutch and optionally an additional gear.
  • the invention uses the fact that, if necessary, can be used by small modifications and circuitry measures, the generator as an electric motor and can be accelerated to a speed that allows engagement of the clutch while the internal combustion engine.
  • the generator is preferably designed so that it can accelerate its own mass sufficiently fast (preferably at least slightly faster than the fastest accelerations of the engine under normal operating conditions).
  • an appropriate control or regulation which is possibly also connected to the engine-ECU, then the following can be achieved: 1.
  • the generator can be switched off during critical operating conditions (in both directions!) ZBog claw clutch of the engine speed x translation (eg at speed 0 and thus the image performance is also 0); 2.
  • the generator speed (or that of the electric motor) can be brought to the crankshaft speed x ratio and the clutch can be closed again; 3. when using an additional gearbox between the pulley and generator can be inserted before re-engaging the desired "gear” and then approached and engaged the corresponding synchronous speed with the e-machine Brief description of the figures
  • FIG. 1 shows a schematic diagram for illustrating the inventive concept in conjunction with a drive system provided for the drive of a motor vehicle.
  • a drive system for a PkW is greatly simplified.
  • This drive system comprises an internal combustion engine 1, a gearbox 2 connected to it for effecting the power tap required for driving the motor vehicle, and a generator drive system for driving a generator 3 and optionally further auxiliary units 4, for example in the form of power steering pumps and compressors.
  • the generator drive system comprises a traction mechanism drive with a traction means 5, which is guided over a crankshaft pulley 10 and via a generator rotor disk 6, which serves to drive the generator 3.
  • the generator drive system shown here is characterized in that the generator running disk 6 is coupled to the generator 3 via a coupling device 7, wherein this coupling device 7 is designed such that it can be brought into a release state in response to the operating state of the internal combustion engine 1 is.
  • the coupling device 7 is designed in the embodiment shown here such that in that release state substantially no torque between the generator rotor disk 6 and a driven component of the generator 3 is transmitted.
  • the coupling device 7 can be designed for this purpose in particular as a dog clutch or as a clamping coupling.
  • the coupling device 7 comprises a purely mechanical or electromechanical switching structure, for controlling th cancellation and / or causing a KupplungeinriffsShes electrical, such as electromagnetic ways.
  • the generator is designed such that it is temporarily operable as a motor.
  • This generator 3 is controlled by electric power supply in the context of a speed adjustment mode such that it reaches a tuned to the current operating speed of the internal combustion engine 1 speed, which allows a bringing about a clutch engagement state.
  • the current operating speed of the internal combustion engine is tapped in the embodiment shown here from an engine control unit 8 of the internal combustion engine.
  • the coupling device 7 may also be designed as an overload clutch, so that it limits any peak loads occurring in the event of insufficient synchronization and nevertheless causing the state of engagement.
  • the system according to the invention can be operated such that in the course of an engine start phase, in particular when the starter 9 is activated, the clutch device 7 is brought into a release state so that the starting process can be carried out without the power tap of the generator 3 and essentially without the inertia contribution of the same.
  • the determination of the engagement state of the coupling device can be done.
  • the generator 1 is first brought by appropriate power supply, possibly with the interposition of a frequency converter to one of the speed of the pulley 6 corresponding speed.
  • the coupling device 7 is brought into a coupling state.
  • the coupling state can be temporarily canceled depending on numerous operating parameters, for example, in order for the entire engine (Mas- inertia), the drive system (force peaks) or the generator to avoid unfavorable or uneconomic operating conditions), or to avoid the current power requirements unfavorable effects.
  • the induction of the coupling state always takes place during operation of the internal combustion engine 1 only after sufficient starting up of the generator 1.
  • the coupling may still have resilient elements (in both directions) to mitigate force peaks during coupling and in generator mode (clutch closed).
  • the coupling device 7 can also be arranged between the crankshaft pulley 10 and the crankshaft. The setting of suitable generator speeds takes place taking into account the gear ratios in the traction drive.

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Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Generator-Antriebssystem zum Antrieb des Generators einer Brennkraftmaschine, sowie ggf. weiterer Nebenaggregate jener Brennkraftmaschine. Weiterhin richtet sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Abstimmung des Betriebs einer Brennkraftmaschine. Ein Generator-Antriebssystem für den Generator (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit einem Zugmitteltrieb der ein Zugmittel (5) umfasst das über eine Generator-Lauf Scheibe (6) geführt ist die dem Antrieb des Generators (3) dient, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Generator-Lauf Scheibe (6) mit dem Generator (3) über eine Kupplungseinrichtung (7) gekoppelt ist, wobei diese Kupplungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) schaltbar in einen Freigabezustand bringbar ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Generator-Antriebssystem für eine Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf ein Generator-Antriebssystem zum Antrieb des Generators einer Brennkraftmaschine, sowie ggf. weiterer Nebenaggregate jener Brennkraftmaschine. Weiterhin richtet sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Abstimmung des Betriebs einer Brennkraftmaschine.
Hintergrund der Erfindung Generator-Antriebssysteme der vorgenannten Art umfassen typischerweise einen Zugmitteltrieb. Als Zugmittel werden mittlerweile überwiegend Keilrippen- (Poly-V-)riemen verwendet. Diese Riemen werden über Spannrollenanordnungen vorgespannt. Insbesondere beim Starten einer Brennkraftmaschine können während der ersten Kurbelwellendrehungen innerhalb des Zugmitteltriebs Be- lastungen auftreten die weit über den im übrigen Regelbetrieb auftretenden Belastungen liegen. Insbesondere bei Fahrzeugen die mit automatischen Motorstart- und Motorabschalteinrichtungen ausgestattet sind wirken sich die Motorstartvorgänge deutlich auf die Lebensdauer der Komponenten des Zugmitteltriebs, insbesondere die Lebensdauer der Lagerungen sowie auch auf die Lebensdauer des Generators aus. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird die innerhalb eines für den Antrieb eines Generators vorgese- henen Antriebssystems auftretenden mechanischen Belastungen zu verringern.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Generator- Antriebssystem für den Generator einer Brennkraftmaschine, mit einem Zugmitteltrieb der ein Zugmittel umfasst, das über eine Generator-Laufscheibe geführt ist, die dem Antrieb des Generators dient, wobei sich dieses Antriebssystem dadurch auszeichnet, dass die Generator-Laufscheibe mit dem Generator über eine Kupplungseinrichtung gekoppelt ist, wobei diese Kupplungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine schaltbar in einen Freigabezustand bringbar ist.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Generator bei ausgewählten Bethebszuständen, insbesondere währen einer Motorstartphase, beim Ab- schalten des Motors, sowie auch insbesondere bei temporären Hochlastphasen selektiv vom Zugmitteltrieb abzukoppeln.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung derart ausgelegt, dass in jenem Freigabezustand im we- sentlichen kein Drehmoment zwischen der Generator-Laufscheibe und einer anzutreibenden Komponente des Generators übertragen wird, so dass bei Betrieb der Brennkraftmaschine in jenem Freigabezustand im wesentlichen keine mechanische Arbeit durch den Generator aus dem Zugmitteltrieb abgezogen wird und die trägheitsbehafteten Komponenten des Generators keinen Einfluss auf die Belastungen im Zugmitteltrieb haben. Die Kupplungseinrichtung ist gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung vorzugsweise als Klauenkupplung ausgeführt. Die Klauenstruktur kann so ausgebildet sein, dass durch diese auch eine Überlastsicherung erreicht wird, so dass ein fehlerhaftes Zuschalten der Klauenkupplung, z.B. bei unzureichender Synchronisation keine übermäßigen Bauteilsbelastungen der zusammenwirkenden Komponenten verursacht.
Alternativ zu der Ausführung der Kupplung als Klauenkupplung ist es auch möglich, diese als Klemmkupplung auszuführen. Diese Klemmkupplung kann so gestaltet sein, dass diese ebenfalls eine Drehmomentenbegrenzung verursacht, so dass wie oben ausgeführt bei unzureichender Synchronisation oder verfrühtem Zuschalten des Generatorläufers an die zugeordnete Riemenscheibe keine unzulässigen Belastungen auftreten. Die Kupplungseinrichtung ist vorzugsweise so aufgebaut, dass diese eine e- lektromechanische Schaltstruktur umfasst, zur gesteuerten Aufhebung und/oder Herbeiführung eines Kupplungseinriffszustandes auf elektrischem Wege. Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung ist es hierbei möglich, die Kupplungseinrichtung so auszubilden, dass diese nur zur Herbeiführung eines Wechsels des Eingriffszustand, d.h. zum Lösen oder Schließen kurzzeitig bestromt werden muss. Für dieses Konzept umfasst die Kupplungseinrichtung beispielsweise ein elektromagnetisch verlagerbares Sperrglied dass in der jeweiligen Endstellung durch einen Hilfsmechanismus mit einer hinreichenden Sicherungswirkung gesichert ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Kupplungseinrichtung so zu gestalten, dass diese nur für die temporäre Herbeiführung des Freigabezustands mit Spannung beaufschlagt werden muss. Diese Variante eignet sich insbesondere für Anwendungen durch welche primär die Belastungen des Zugmitteltriebs sowie die Belastung eines elektrischen Anlassers für Start-Stopp Systeme abgesenkt werden sollen.
Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung ist der Generator derart ausgebildet, dass dieser temporär als Motor betreibbar ist, wobei der Generator im Rahmen eines Drehzahlanpassungsmodus durch elektrische Leistungszufuhr derart ansteuerbar ist, dass dieser eine auf die aktuelle Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine abgestimmte Drehzahl erreicht die eine Herbeiführung eines Kupplungseingriffszustands erlaubt. Die aktuelle Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine kann in vorteilhafter Weise aus einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine abgegriffen werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Drehzahl der Laufscheibe durch einen mit dieser zusammenwirkenden Drehzahlmesssystem zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise an der Laufscheibe eine Impulsgeberstruktur angeordnet sein. Die Detektion eines hinreichenden Synchronlaufs kann auch durch anderweitige Maßnahmen, insbeson- dere anhand des Spannungsfrequenz am„Generator" sowie den Zünd- oder Einspritzimpulsen der Brennkraftmaschine erfasst werden.
Die Kupplungseinrichtung kann einen lastabhängig schaltenden Mechanismus umfassen der im Rahmen der für einen Motorstartbetrieb typischen Belastun- gen, d.h. bei„Beschleunigung ab Null" zunächst selbsttätig in einen Freigabezustand gelangen kann. An der Kupplungseinrichtung kann dann ein Mechanismus vorgesehen sein der dafür sorgt, dass die Kupplungseinrichtung wieder in einen Eingriffszustand gelangt, wenn der Generator im Rahmen einer Generatorbeschleunigungsphase durch elektrische Leistungszufuhr eine hinreichen- de Drehzahl erreicht hat, insbesondere die Generatorriemenscheibe leicht ü- berholt hat.
Der erfindungsgemäße Mechanismus kann als weitgehend geschlossene Baugruppe in eine Laufscheibe eingebunden sein und hierbei eine Nabenstruktur aufweisen die zu herkömmlichen Generatorwellen kompatibel ist. Dieser spezielle Mechanismus kann dann im wesentlichen durch Substitution einer herkömmlichen Riemenscheibe in die entsprechende Brennkraftmaschine eingebunden werden. Es ist auch möglich, den erfindungsgemäßen Mechanismus im Zusammenspiel mit Komponenten des Generators zu realisieren. So ist es möglich, eine zur Umschaltung der Kupplung vorgesehenen Magnetspulenwicklung am Stirnbereich des Generators anzuordnen und den Generator und die schaltbar akti- vierbare Riemenscheibe als Komplettbaugruppe zur Verfügung zu stellen. Weiterhin ist es möglich, einen Teil der Betätigungsmechanik aus der Riemenscheibe heraus zu verlagern. Dies kann insbesondere über ein Gestänge, oder Hydraulikfluidsystem erfolgen das sich durch eine in der Generatorwelle aus- gebildete Bohrung hindurch erstreckt.
Die erfindungsgemäße Kupplung ist bevorzugt zwischen der Riemenscheibe und der Generatorwelle angeordnet. Es ist auch möglich, die Kupplungseinrichtung so auszubilden, dass diese zwischen der Generatorwelle und dem darauf sitzenden Läufer wirksam ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise zwischen der Generatoreinrichtung und der Laufscheibe ein Getriebe vorgesehen. Dieses Getriebe ist vorzugsweise als Untersetzungsgetriebe ausgeführt das als solches dazu dient, dass bei Betrieb der Brennkraftmaschine im hohen Drehzahlbereich keine unzulässig hohen Generatordrehzahlen auftreten. Dieses Getriebe ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführt. Gerade bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Konzepts unter Einschluss eines Getriebes ist es möglich, die Herbeiführung des Koppelungszustandes durch Festbremsen einer Komponente, insbesondere eines Planetenträgers oder Hohlrades dieses Getriebes vorzunehmen.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird in vorteilhafter Weise eine deutliche Reduzierung des wirksamen Gesamt-Motor-Massenträgkeitsmoments er- reicht. Hierdurch ergibt sich insbesondere für den Motorstart eine deutliche Reduzierung der wirksamen FEAD- bzw. Gesamt-Motor-Trägheiten. Zudem wird eine Abkoppelung bei kritischen Drehzahlen möglich. Das erfindungsgemäße Konzept erlaubt in vorteilhafter Weise eine geringere Riemenvorspannung. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der (Reib-) Verlustleistung. Zudem wirken gegenüber bisherigen Konzepten deutlich geringere Kräfte auf alle Bauteile im Riementrieb. Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es auch möglich, den Blindleistungsanfall im Bereich des Generators zu reduzieren. Das erfindungsgemäße Konzept umfasst den Ansatz, in eine Generatorlaufscheibe eine Kupplung, insbesondere Klauenkupplung und ggf. ein zusätzliches Getriebe einzubinden. Die Erfindung nutzt dabei den Umstand, dass ggf. durch geringe Modifikationen und schaltungstechnische Maßnahmen der Generator als E-Motor eingesetzt werden kann und dabei auf eine Drehzahl beschleunigt werden kann, die ein Einrücken der Kupplung bei laufender Brennkraftmaschine erlaubt. Der Generator wird vorzugsweise so gestaltet, dass dieser seine eigene Masse hinreichend schnell (vorzugsweise zumindest ge- ringfügig schneller als die schnellsten Beschleunigungen des Motors unter Normalbetriebsbedingungen) beschleunigen kann. Durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung, die ggf. auch mit der Motor-ECU verbunden ist, kann dann damit Folgendes erreicht werden: 1. Der Generator kann während kritischer Betriebszustände (in beide Drehrichtungen!) durch z.B. o.g. Klauenkupplung von der Motordrehzahl x Übersetzung weggeschaltet werden (z.B. auf Drehzahl 0 und somit wird die Bildleistung auch 0); 2. Ist der kritische Betriebszustand beendet, dann kann die Generatordrehzahl (bzw. die der E-Maschine) auf die Kurbelwellendrehzahl x Übersetzung gebracht werden und die Kupplung kann wieder geschlossen werden; 3. bei Verwendung eines zusätzlichen Getriebes zwischen Riemenscheibe und Generator kann vor dem Wiedereinkuppeln der gewünschte„Gang" eingelegt werden und dann die entsprechende Synchrondrehzahl mit der E-Maschine angefahren und eingekuppelt werden Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt: Figur 1 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des erfindungsgemä- ßen Konzeptes in Verbindung mit einem für den Antrieb eines Kraftwagens vorgesehenen Antriebssystem.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In Figur 1 ist stark vereinfacht ein Antriebssystem für einen PkW dargestellt. Dieses Antriebssystem umfasst eine Brennkraftmaschine 1 , ein an diese ange- schlossenes Getriebe 2 für zur Bewerkstelligung des zum Antrieb des Kraftwagens erforderlichen Leistungsabgriffs sowie ein Generator-Antriebssystem für den Antrieb eines Generator 3 sowie ggf. weiterer Hilfsaggregate 4 beispielsweise in Form von Lenkhilfepumpen und Kompressoren. Das Generator-Antriebssystem umfasst einen Zugmitteltrieb mit einem Zugmittel 5, das über eine Kurbelwellenlaufscheibe 10 und über eine Generator- Laufscheibe 6 geführt ist, die dem Antrieb des Generators 3 dient.
Das hier gezeigte Generator-Antriebssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Generator-Laufscheibe 6 mit dem Generator 3 über eine Kupplungseinrichtung 7 gekoppelt ist, wobei diese Kupplungseinrichtung 7 derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 schaltbar in einen Freigabezustand bringbar ist. Die Kupplungseinrichtung 7 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel derart ausgelegt, dass in jenem Freigabezustand im wesentlichen kein Drehmoment zwischen der Generator-Laufscheibe 6 und einer anzutreibenden Komponente des Generators 3 übertragen wird. Die Kupplungseinrichtung 7 kann hierzu insbesondere als Klauenkupplung oder auch als Klemmkupplung ausgeführt sein.
Die Kupplungseinrichtung 7 umfasst bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine rein mechanische oder elektromechanische Schaltstruktur, zur gesteuer- ten Aufhebung und/oder Herbeiführung eines Kupplungseinriffszustandes auf elektrischem, beispielsweise elektromagnetischem Wege.
Der Generator ist derart ausgebildet, dass dieser temporär als Motor betreibbar ist. Dieser Generator 3 ist im Rahmen eines Drehzahlanpassungsmodus durch elektrische Leistungszufuhr derart ansteuerbar, dass dieser eine auf die aktuelle Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 abgestimmte Drehzahl erreicht, die eine Herbeiführung eines Kupplungseingriffszustands erlaubt. Die aktuelle Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine wird bei dem hier gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel aus einer Motorsteuerung 8 der Brennkraftmaschine abgegriffen.
Die Kupplungseinrichtung 7 kann konstruktiv zudem als Überlastkupplung ausgeführt sein, so dass diese bei unzureichender Synchronisation und dennoch veranlasster Herbeiführung des Eingriffszustands etwaige hierbei auftretende Lastspitzen begrenzt.
Das erfindungsgemäße System kann so betrieben werden, dass im Rahmen einer Motorstartphase, insbesondere bei Aktivierung des Anlassers 9, die Kupplungseinrichtung 7 in einen Freigabezustand verbracht wird, so dass der Startvorgang ohne Leistungsabgriff des Generators 3 sowie im wesentlichen ohne Trägheitsmomentenbeitrag desselben abgewickelt werden kann.
Nach Maßgabe eines in der Motorsteuerung 8, oder ggf. einer speziell dem Generator zugeordneten Zusatzsteuerung hinterlegten Programms kann die Festlegung des Eingriffszustands der Kupplungseinrichtung erfolgen. Zur Herbeiführung des Eingriffszustands wird zunächst der Generator 1 durch entsprechende Leistungszufuhr, ggf. unter Zwischenschaltung eines Frequenzumrichters auf eine der Drehzahl der Riemenscheibe 6 entsprechende Drehzahl gebracht. Sobald ein hinreichender Gleichlauf, oder ggf. ein leichtes Überholen eintritt wird die Kupplungseinrichtung 7 in einen Kopplungszustand verbracht.
Der Kopplungszustand kann in Abhängigkeit von zahlreichen Betriebsparametern temporär wieder aufgehoben werden z.B. um für den Gesamtmotor (Mas- senträgheiten), das Antriebssystem (Kraftspitzen) oder dem Generator ungünstige oder unwirtschaftliche Betriebszustände zu vermeiden), oder den momentanen Leistungsbedarf ungünstige Wirkungen zu vermeiden. Die Herbeiführung des Kopplungszustands erfolgt bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 stets erst nach hinreichendem Hochfahren des Generators 1.
Die Kupplung kann noch federnde Elemente (in beide Richtungen) haben, um beim Einkoppeln und im generatorischen Betrieb (Kupplung geschlossen) Kraftspitzen abzumildern. Die Kupplungseinrichtung 7 kann auch zwischen der Kurbelwellenlaufscheibe 10 und der Kurbelwelle angeordnet sein. Die Einstellung geeigneter Generatordrehzahlen erfolgt unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse im Zugmitteltrieb.
Bezugszeichenliste
Brennkraftmaschine
Getriebe
Generator
Hilfsaggregate
Zugmittel
Generator-Laufscheibe
Kupplungseinrichtung
Motorsteuerung
Anlasser
Kurbelwellenlaufscheibe

Claims

Patentansprüche
1. Generator-Antriebssystem für den Generator (3) einer Brennkraftma- schine (1 ), mit einem Zugmitteltrieb der ein Zugmittel (5) umfasst das über eine Generator-Laufscheibe (6) geführt ist die dem Antrieb des Generators (3) dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Generator- Laufscheibe (6) mit dem Generator (3) über eine Kupplungseinrichtung
(7) gekoppelt ist, wobei diese Kupplungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1 ) schaltbar in einen Freigabezustand bringbar ist.
2. Generator-Antriebssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) derart ausgelegt ist, dass in jenem Freigabezustand im wesentlichen kein Drehmoment zwischen der Generator-Laufscheibe (6) und einer anzutreibenden Komponente des Generators (3) übertragen wird.
3. Generator-Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7 als Klauenkupplung ausgeführt ist.
4. Generator-Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) als Klemmkupplung ausgeführt ist, und
5. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) vorzugsweise bidirektional federnde Elemente umfasst, derart, dass im Rahmen des Einkoppeins und im generatorischen Betrieb (Kupplung geschlossen) Kraftspitzen reduziert werden.
6. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) eine elektromechanische Schaltstruktur umfasst, zur gesteuerten Aufhebung und/oder Herbeiführung eines Kupplungseinriffszustandes auf elektrischem Wege.
7. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) als rein mechanische Kupplung ausgeführt ist.
8. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (3) derart ausgebildet ist, dass dieser temporär als Motor betreibbar ist, und dass der Genera- tor (3) im Rahmen eines Drehzahlanpassungsmodus durch elektrische
Leistungszufuhr derart ansteuerbar ist, dass dieser eine auf die aktuelle Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine (1 ) abgestimmte Drehzahl erreicht die eine Herbeiführung eines Kupplungseingriffszustands erlaubt.
9. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine (1 ) aus einer Motorsteuerung (8) der Brennkraftmaschine (1 ) abgegriffen wird.
10. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Betriebsdrehzahl aus einem mit der Generator-Laufscheibe (6) zusammenwirkenden Drehzahlmesssystem ermittelt wird.
11. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) als Überlastkupplung ausgeführt ist die im Rahmen eines Motorstartbetriebes in einen Freigabezustand gelangen kann, und dass die Kupplungs- einrichtung (7) wieder in einen Eingriffszustand gelangt, wenn der Generator (3) im Rahmen einer Generatorbeschleunigungsphase durch elektrische Leistungszufuhr eine hinreichende Drehzahl erreicht hat.
12. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Generator (3) und der Laufscheibe (6) ein Getriebe vorgesehen ist.
13. Generator-Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich- net, dass dieses Getriebe als Untersetzungsgetriebe ausgeführt ist.
14. Generator-Antriebssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist.
15. Generator-Antriebssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Herbeiführung des Koppelungszustandes durch Festbremsen einer Komponente, insbesondere eines Planetenträgers oder Hohlrades dieses Getriebes erfolgt.
16. Generator-Antriebssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplung mit einer Überlastkupplung gekoppelt ist, derart, dass etwaige bei unzureichender Synchronisation im Rahmen des Einrückens der Klauenkupplung auftretende Lastspitzen begrenzt werden.
17. Verfahren zur Abstimmung des Betriebs einer Brennkraftmaschine bei welchem in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine oder eines diese umfassenden Fahrzeuges temporär ein Koppelungszustand zwischen einem Zugmitteltrieb und einem durch diesen angetrie- benen Generator aufgehoben werden kann, wobei im Rahmen einer der
Aufhebung des Koppelungszustandes nachfolgenden Einkoppelungs- phase der Generator zunächst als Motor betrieben wird und auf elektri- schem Wege auf eine Synchrondrehzahl gebracht wird die ein Wiederherstellen des Koppelungszustands erlaubt.
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