WO2012100849A1 - Zugmitteltrieb eines verbrennungsmotors und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Zugmitteltrieb eines verbrennungsmotors und verfahren zu dessen betrieb Download PDF

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Christian Hauck
Martin Rauch
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H9/04—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion using belts, V-belts, or ropes
    • F16H9/06—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion using belts, V-belts, or ropes engaging a stepped pulley

Definitions

  • the invention relates to a traction mechanism drive of an internal combustion engine, comprising two parallel drive planes and:
  • crankshaft of the internal combustion engine wverbindbares first crankshaft gear, which is arranged in the first drive plane
  • crankshaft wheel which can be rotationally connected to the crankshaft and which is arranged coaxially to the first crankshaft wheel in the second drive plane
  • an electric machine which can be operated optionally as a generator or as a motor, with a machine shaft,
  • a first machine wheel which can be connected to the machine shaft and which is arranged in the first drive plane in order to be driven by the crankshaft during generator operation of the electric machine
  • a second machine wheel which is rotatably connected to the machine shaft and which is arranged coaxially with the first machine wheel in the second drive plane in order to drive the crankshaft during engine operation of the electric machine
  • a first compressor wheel which can be rotationally connected to the compressor shaft and which is arranged in the first drive plane in order to drive the air-conditioning compressor during generator operation
  • a generic double belt drive is apparent from the unpublished DE 10 2010 054 630 A1.
  • the proposed there electric machine is operated in crankshaft rotation either as a driven generator or as a driving motor.
  • the engine operation driving the crankshaft in its direction of rotation comprises a start mode for starting the internal combustion engine and a so-called boost mode, in which the engine In addition wave not only by the internal combustion engine but for the purpose of torque increase and electric motor driven.
  • Another engine operation of the electric machine serves the so-called stationary air conditioning for cooling the vehicle driven by the internal combustion engine.
  • the electric machine drives the air conditioning compressor designed for compression operation in both directions of rotation in the reverse direction of rotation while the internal combustion engine is stationary.
  • the invention has for its object to provide an alternative embodiment of a traction mechanism of the type mentioned and a method for operating such a traction mechanism.
  • a rotatable with the compressor shaft second compressor wheel should be provided, which is arranged coaxially with the first compressor in the second drive plane to drive the air conditioning compressor during engine operation.
  • the stationary air conditioning is not done by reversing the direction of rotation of the air compressor, but by the coupling of another compressor wheel in the second drive plane, which also serves to drive the crankshaft.
  • the coolant pump similar to the air conditioning compressor, can be powered by the electric motor to supply the heater core of the vehicle with previously heated cooling water (auxiliary heating).
  • the traction mechanism at least one of the following operating modes is provided:
  • control / regulation of the individual operating modes is carried out with the help of various state variables, in particular of the internal combustion engine, the vehicle interior temperature and the switching state of the controllable clutches.
  • Preferred traction means provided on the side of the first drive plane are a frictionally engaged poly-V belt and on the part of the second drive plane a form-fitting toothed belt.
  • An inventive traction drive can still be a chain-chain drive or a belt-chain drive.
  • additional ancillary units possibly also in other instinctual levels, may be provided. Description of the drawing
  • the traction mechanism is designed as a double belt drive with two parallel drive levels, wherein the first drive level 1 is shown by a solid line and the second drive level 2 with a dashed line.
  • the traction mechanism drive comprises an electric machine M, which can be operated optionally as a generator or as a motor, with a machine shaft 3, an air-conditioning compressor A / C with a compressor shaft 4 and a coolant pump WP with a pump shaft 5.
  • the crankshaft CR is provided with a first crankshaft wheel 6 arranged thereon and one coaxial second Kurbelwellenrad 7 rotatably connected.
  • the machine shaft 3 is rotatably connected to a first machine wheel 8 arranged thereon and a second machine wheel 9 coaxial therewith.
  • the compressor shaft 4 is rotatably connected to a first compressor wheel 10 arranged thereon and to a second compressor wheel 1 1 coaxial therewith.
  • the pump shaft 5 is rotatably connected to a first impeller 12 arranged thereon and a second impeller 13 coaxial therewith.
  • the first wheels 6, 8, 10 and 12 are arranged in the first drive plane 1 and looped by a first traction means 14 in the form of an endless circumferential poly-V belt.
  • the second wheels 7, 9, 1 1 and 13 are arranged in the second drive plane 2 and looped by a second traction means 15 in the form of an endlessly circulating toothed belt.
  • the bias of the traction means 14, 15 can each be adjusted by means not shown tensioners.
  • the respective rotary connection of the wheels with the associated shafts is designed as follows. Between the first crankshaft 6 and the crankshaft CR, a first clutch K1 is arranged, which blocks overhauling the crankshaft CR with respect to the first crankshaft 6 in the direction of rotation of the crankshaft CR. As a result, in the normal operating mode, the rotation of the driving crankshaft CR into the first drive plane 1 is initiated.
  • the clutch Kl is a rigid connection in both directions of rotation.
  • a controllable second clutch K2 is arranged, which blocks in the closed state in the direction of rotation of the crankshaft CR overtaking of the second Kurbelwellenrads 7 with respect to the crankshaft CR and in the open state in both directions of rotation of the second Kurbelwellenrad 7 of the crankshaft CR decoupled.
  • the clutch K2 In the start and boost mode, the clutch K2 is closed, and the rotation of the driving electric machine M is transmitted to the then driven crankshaft CR.
  • the clutch K2 In the normal operating mode, the clutch K2 is opened in order to be able to hold the second drive level 2 at a standstill.
  • the clutch K2 is opened in order to keep the crankshaft CR at a standstill.
  • the clutch K2 is an electrically controllable magnetic coupling, which may be normally open or closed and may have a positive or positive-acting clutch engagement.
  • a controllable overrunning clutch can be provided, which allows a relative rotation in both directions of rotation in the open state.
  • a third clutch K3 designed as an overrunning clutch, which allows the machine shaft 3 to overtake the machine wheel 8 in the direction of rotation of the crankshaft CR and blocks it in the opposite direction of rotation.
  • a freewheel generator known per se prevents the transmission of crankshaft torsional vibrations to the electric machine M.
  • a controllable fourth clutch K4 is arranged which, in the closed state in the direction of rotation of the crankshaft CR, blocks the machine shaft 3 from overtaking the second machine wheel 9 and the second machine wheel in both directions when in the open state 9 decoupled from the machine shaft 3.
  • the clutch K4 In the start, boost and stationary climate mode, the clutch K4 is closed in order to transmit the rotation of the driving electric machine M in start and coast mode to the crankshaft CR and in the stationary climate mode to the air conditioning compressor A / C and the coolant pump WP. In the normal operating mode, the clutch K4 (and also the clutch K2) is opened in order to keep the second drive level 2 at a standstill.
  • the clutch K4 is designed as a controllable one-way clutch, which allows a relative rotation in both directions of rotation in the open state. Alternatively, this may also be an electrically controllable magnetic coupling.
  • first compressor 10 and the compressor shaft 4 designed as overrunning clutch fifth clutch K5 is arranged, which allows in the direction of rotation of the crankshaft CR overtaking the compressor shaft 4 relative to the first compressor 10 and blocks in the opposite direction.
  • the free-wheeling function of the clutch K5 prevents the then stationary first drive level 1 from being driven via the compressor shaft 4.
  • second compressor 1 1 and the compressor shaft 4 is also designed as a one-way clutch sixth clutch K6 is arranged. This allows in the direction of rotation of the crankshaft CR to overtake the compressor shaft 4 relative to the second compressor wheel 1 1 and locks in the opposite direction of rotation.
  • the free-wheeling function of the clutch K6 prevents the then stationary second drive level 2 from being driven via the compressor shaft 4.
  • the rotary connection between the two pump wheels 12, 13 and the pump penwelle 5 includes a seventh overrunning clutch K7 and an eighth freewheel clutch K8 and is kinematically identical to the rotary joint on the air conditioning compressor A / C.
  • the traction mechanism drive enables the following operating modes: a) a start mode in which the electric machine M operated as a motor drives the crankshaft CR from standstill until the start of the internal combustion engine:
  • crankshaft CR is driven by the electric machine M and drives in turn via the clutch K1 and the first crankshaft 2, the first drive plane 1;
  • gear ratios are with respective diameter ratios between the first wheels 6, 8, 10, 12 and the second wheels 7,
  • crankshaft CR driven by the internal combustion engine is additionally driven by the electric machine M via the second drive plane 2.
  • a stationary climate mode / auxiliary heating mode in which the electric machine M operated as a motor drives the air conditioning compressor A / C or the coolant pump WP when the internal combustion engine is stationary:
  • the first drive level 1 is at a standstill
  • the clutch K2 is closed in such a way that the different speeds of the (first stationary) first drive level 1 and the second drive level 2 are mechanically and acoustically acceptable synchronized with each other.
  • the clutch K2 can have, for example, a spring mechanism which prevents sudden torque build-up.
  • the clutch K2 may alternatively or optionally also a

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Zugmitteltrieb eines Verbrennungsmotors und ein Verfahren zu dessen Betrieb. Der Zugmitteltrieb umfasst zwei parallele Triebebenen und ermöglicht neben einem Normalbetriebsmodus folgende Betriebsmoden: - Starten des Verbrennungsmotors, - Boosten des Verbrennungsmotors und - Standklimatisierung.

Description

Zugmitteltrieb eines Verbrennungsmotors und Verfahren zu dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb eines Verbrennungsmotors, umfassend zwei parallele Triebebenen und:
- ein mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehverbindbares erstes Kurbelwellenrad, das in der ersten Triebebene angeordnet ist,
- ein mit der Kurbelwelle drehverbindbares zweites Kurbelwellenrad, das koaxial zum ersten Kurbelwellenrad in der zweiten Triebebene angeordnet ist,
- eine wahlweise als Generator oder als Motor betreibbare Elektromaschine mit einer Maschinenwelle,
- ein mit der Maschinenwelle drehverbindbares erstes Maschinenrad, das in der ersten Triebebene angeordnet ist, um im Generatorbetrieb der Elektromaschine von der Kurbelwelle angetrieben zu werden,
- ein mit der Maschinenwelle drehverbindbares zweites Maschinenrad, das koaxial zum ersten Maschinenrad in der zweiten Triebebene angeordnet ist, um im Motorbetrieb der Elektromaschine die Kurbelwelle anzutreiben,
- einen Klimakompressor mit einer Kompressorwelle,
- ein mit der Kompressorwelle drehverbindbares erstes Kompressorrad, das in der ersten Triebebene angeordnet ist, um im Generatorbetrieb den Klima- kompressor anzutreiben,
- ein endlos umlaufendes erstes Zugmittel, das die in der ersten Triebebene angeordneten ersten Räder umschlingt,
- sowie ein endlos umlaufendes zweites Zugmittel, das die in der zweiten Triebebene angeordneten zweiten Räder umschlingt.
Hintergrund der Erfindung
Ein gattungsgemäßer Doppel-Riementrieb geht aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2010 054 630 A1 hervor. Die dort vorgeschlagene Elektromaschine wird in Kurbelwellendrehrichtung entweder als angetriebener Generator oder als antreibender Motor betrieben. Dabei umfasst der die Kurbelwelle in deren Drehrichtung antreibende Motorbetrieb einen Startmodus zum Anlassen des Verbrennungsmotors und einen sogenannten Boostmodus, bei dem die Kur- beiwelle nicht nur durch den Verbrennungsmotor sondern zwecks Drehmomentsteigerung auch elektromotorisch angetrieben wird.
Ein weiterer Motorbetrieb der Elektromaschine dient der sogenannten Stand- klimatisierung zur Kühlung des vom Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs. In der zitierten Druckschrift treibt die Elektromaschine den für einen Kompressionsbetrieb in beide Drehrichtungen ausgebildeten Klimakompressor in umgekehrter Drehrichtung an, während der Verbrennungsmotor steht. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternative Ausgestaltung eines Zugmitteltriebs der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Zugmitteltriebs anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich vorrichtungsseitig aus den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensseitig aus den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Demnach soll ein mit der Kompressorwelle drehverbindbares zweites Kompressorrad vorgesehen sein, das koaxial zum ersten Kompressorrad in der zweiten Triebebene angeordnet ist, um im Motorbetrieb den Klimakompressor anzutreiben. Anders als im eingangs zitierten Stand der Technik erfolgt also die Standklimatisierung nicht durch Drehrichtungsumkehr des Klimakompressors, sondern durch die Einkopplung eines weiteren Kompressorrads in die zweite Triebebene, die auch zum Antrieb der Kurbelwelle dient.
Dasselbe Antriebskonzept kann für eine vom Zugmitteltrieb angetriebene Kühlmittelpumpe zur Kühlung des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. So kann die Kühlmittelpumpe, analog zum Klimakompressor, bei stehendem Verbren- nungsmotor von der Elektromaschine angetrieben werden, um den Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs mit zuvor erwärmtem Kühlwasser zu versorgen (Standheizung). Für den Betrieb des erfindungsgemäßen Zugmitteltriebs ist zumindest einer der folgenden Betriebsmoden vorgesehen:
- ein Startmodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine die Kurbelwelle bis zum Start des Verbrennungsmotors antreibt,
- ein Normalbetriebsmodus, bei dem die als Generator betriebene Eiektroma- schine von der Kurbelwelle des laufenden Verbrennungsmotors angetrieben wird,
- ein Boostmodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine bei laufendem Verbrennungsmotor die Kurbelwelle unterstützend antreibt,
- und bei stehendem Verbrennungsmotor ein Standklimamodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine den Klimakompressor oder ggfls. die
Kühlmittelpumpe antreibt.
Die Ansteuerung/Regelung der einzelnen Betriebsmoden erfolgt mit Hilfe von diversen Zustandsgrößen, insbesondere des Verbrennungsmotors, der Fahr- zeuginnenraumtemperatur und dem Schaltzustand der ansteuerbaren Kupplungen.
Als bevorzugte Zugmittel sind seitens der ersten Triebebene ein kraftschlüssig wirkender Poly-V-Riemen und seitens der zweiten Triebebene ein formschlüs- sig wirkender Zahnriemen vorgesehen. Ein erfindungsgemäßer Zugmitteltrieb kann dennoch auch ein Ketten-Ketten-Trieb oder ein Riemen-Ketten-Trieb sein. Ebenfalls können weitere Nebenaggregate, gegebenenfalls auch in weiteren Triebebenen, vorgesehen sein. Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der einzigen Figur, in der ein erfindungsgemäßer Zugmit- teltrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors schematisch offenbart ist. Die betriebliche Drehrichtung des Verbrennungsmotors entspricht der an dessen Kurbelwelle CR mit positivem Vorzeichen eingezeichneten Richtung.
Der Zugmitteltrieb ist als Doppel-Riementrieb mit zwei zueinander parallelen Triebebenen ausgeführt, wobei die erste Triebebene 1 mit durchgezogener Linie und die zweite Triebebene 2 mit gestrichelter Linie dargestellt ist. Der Zugmitteltrieb umfasst eine wahlweise als Generator oder als Motor betreibbare Elektromaschine M mit einer Maschinenwelle 3 , einen Klimakompressor A/C mit einer Kompressorwelle 4 und eine Kühlmittelpumpe WP mit einer Pumpenwelle 5. Die Kurbelwelle CR ist mit einem darauf angeordneten ersten Kurbelwellenrad 6 und einem dazu koaxialen zweiten Kurbelwellenrad 7 drehverbunden.
Die Maschinenwelle 3 ist mit einem darauf angeordneten ersten Maschinenrad 8 und einem dazu koaxialen zweiten Maschinenrad 9 drehverbunden.
Die Kompressorwelle 4 ist mit einem darauf angeordneten ersten Kompressorrad 10 und einem dazu koaxialen zweiten Kompressorrad 1 1 drehverbunden.
Die Pumpenwelle 5 ist mit einem darauf angeordneten ersten Pumpenrad 12 und einem dazu koaxialen zweiten Pumpenrad 13 drehverbunden.
Die ersten Räder 6, 8, 10 und 12 sind in der ersten Triebebene 1 angeordnet und von einem ersten Zugmittel 14 in Form eines endlos umlaufenden Poly-V- Riemens umschlungen. Die zweiten Räder 7, 9, 1 1 und 13 sind in der zweiten Triebebene 2 angeordnet und von einem zweiten Zugmittel 15 in Form eines endlos umlaufenden Zahnriemens umschlungen. Die Vorspannung der Zugmittel 14, 15 kann jeweils mittels nicht dargestellter Spannvorrichtungen eingestellt werden. Die jeweilige Drehverbindung der Räder mit den zugehörigen Wellen ist folgendermaßen gestaltet. Zwischen dem ersten Kurbelwellenrad 6 und der Kurbelwelle CR ist eine erste Kupplung K1 angeordnet, die in Drehrichtung der Kurbelwelle CR ein Überholen der Kurbelwelle CR gegenüber dem ersten Kurbelwellenrad 6 sperrt. Hierdurch wird im Normalbetriebsmodus die Drehung der antreibenden Kurbelwelle CR in die erste Triebebene 1 eingeleitet. Bei der Kupplung Kl handelt es sich um eine in beiden Drehrichtungen starre Drehverbindung.
Zwischen dem zweiten Kurbelwellenrad 7 und der Kurbelwelle CR ist eine ansteuerbare zweite Kupplung K2 angeordnet, die im geschlossenen Zustand in Drehrichtung der Kurbelwelle CR ein Überholen des zweiten Kurbelwellenrads 7 gegenüber der Kurbelwelle CR sperrt und die im geöffneten Zustand in beiden Drehrichtungen das zweite Kurbelwellenrad 7 von der Kurbelwelle CR entkoppelt. Im Start- und Boostmodus ist die Kupplung K2 geschlossen, und die Drehung der antreibenden Elektromaschine M wird auf die dann angetriebene Kurbelwelle CR übertragen. Im Normalbetriebsmodus ist die Kupplung K2 ge- öffnet, um die zweite Triebebene 2 im Stillstand halten zu können. Im Standklimamodus hingegen ist die Kupplung K2 geöffnet, um die Kurbelwelle CR im Stillstand halten zu können. Die Kupplung K2 ist eine elektrisch ansteuerbare Magnetkupplung, die stromlos geöffnet oder geschlossen sein und einen kraft- oder formschlüssig wirkenden Kupplungseingriff haben kann. Alternativ kann auch eine ansteuerbare Freilaufkupplung vorgesehen sein, die im geöffneten Zustand eine Relativdrehung in beiden Drehrichtungen zulässt.
Zwischen dem ersten Maschinenrad 8 und der Maschinenwelle 3 ist eine als Freilaufkupplung ausgebildete dritte Kupplung K3 angeordnet, die in Drehrich- tung der Kurbelwelle CR ein Überholen der Maschinenwelle 3 gegenüber dem ersten Maschinenrad 8 zulässt und in die entgegengesetzte Drehrichtung sperrt. Ein solcher an sich bekannter Generatorfreilauf verhindert die Übertragung von Kurbelwellendrehschwingungen auf die Elektromaschine M. Zwischen dem zweiten Maschinenrad 9 und der Maschinenwelle 3 ist eine ansteuerbare vierte Kupplung K4 angeordnet, die im geschlossenen Zustand in Drehrichtung der Kurbelwelle CR ein Überholen der Maschinenwelle 3 gegen- über dem zweiten Maschinenrad 9 sperrt und die im geöffneten Zustand in beiden Drehrichtungen das zweite Maschinenrad 9 von der Maschinenwelle 3 entkoppelt. Im Start-, Boost- und Standklimamodus ist die Kupplung K4 geschlossen, um die Drehung der antreibenden Elektromaschine M im Start- und Bo- ostmodus auf die Kurbeiwelle CR und im Standklimamodus auf den Klimakom- pressor A/C und die Kühlmittelpumpe WP zu übertragen. Im Normalbetriebsmodus ist die Kupplung K4 (und auch die Kupplung K2) geöffnet, um die zweite Triebebene 2 im Stillstand halten zu können. Die Kupplung K4 ist als ansteuerbare Freilaufkupplung ausgebildet, die im geöffneten Zustand eine Relativdrehung in beiden Drehrichtungen zulässt. Alternativ kann es sich auch hierbei um eine elektrisch ansteuerbare Magnetkupplung handeln.
Zwischen dem ersten Kompressorrad 10 und der Kompressorwelle 4 ist eine als Freilaufkupplung ausgebildete fünfte Kupplung K5 angeordnet, die in Drehrichtung der Kurbelwelle CR ein Überholen der Kompressorwelle 4 gegenüber dem ersten Kompressorrad 10 zulässt und in die entgegengesetzte Drehrichtung sperrt. Im Standklimamodus verhindert die Freilauffunktion der Kupplung K5, dass die dann stillstehende erste Triebebene 1 über die Kompressorwelle 4 mit angetrieben wird. Zwischen dem zweiten Kompressorrad 1 1 und der Kompressorwelle 4 ist eine ebenfalls als Freilaufkupplung ausgebildete sechste Kupplung K6 angeordnet. Diese lässt in Drehrichtung der Kurbelwelle CR ein Überholen der Kompressorwelle 4 gegenüber dem zweiten Kompressorrad 1 1 zu und sperrt in die entgegengesetzte Drehrichtung. Im Normalbetriebsmodus verhindert die Freilauffunktion der Kupplung K6, dass die dann stillstehende zweite Triebebene 2 über die Kompressorwelle 4 mit angetrieben wird.
Die Drehverbindung zwischen den beiden Pumpenrädern 12, 13 und der Pum- penwelle 5 umfasst eine siebte Freilaufkupplung K7 bzw. eine achte Freilaufkupplung K8 und ist mit der Drehverbindung am Klimakompressor A/C kinematisch identisch. Der Zugmitteltrieb ermöglicht folgende Betriebsmoden: a) einen Startmodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine M die Kurbelwelle CR aus dem Stillstand heraus bis zum Start des Verbrennungsmotors antreibt:
- die Kupplungen K2 und K4 sind geschlossen;
- die Kurbelwelle CR wird von der Elektromaschine M angetrieben und treibt ihrerseits über die Kupplung K1 und das erste Kurbelwellenrad 2 die erste Triebebene 1 an;
- die Übersetzungsverhältnisse sind mit jeweiligen Durchmesserverhältnis- sen zwischen den ersten Rädern 6, 8, 10, 12 und den zweiten Rädern 7,
9, 1 1 , 13 so gewählt, dass bei geschlossener Kupplung K1 die ersten Räder jeweils langsamer als die zweiten Räder drehen und sich dementsprechend die Kupplungen K3, K5 und K7 in Freilaufstellung befinden. Folglich werden der Klimakompressor A/C und die Kühlmittelpumpe WP über die zweite Triebebene 2 angetrieben;
- der Verbrennungsmotor startet und die Elektromaschine M wechselt in den Generatorbetrieb, während die Kupplungen K2 und K4 geöffnet werden und die zweite Triebebene 2 zum Stillstand kommt. b) einen Normalbetriebsmodus, bei dem die als Generator betriebene Elektromaschine M von der Kurbelwelle CR des laufenden Verbrennungsmotors angetrieben wird:
- die Kupplungen K2 und K4 sind geöffnet und die zweite Triebebene 2 befindet sich im Stillstand;
- der Antrieb der Elektromaschine M, des Klimakompressors A/C und der Kühlmittelpumpe WP erfolgt bei sperrenden Kupplungen K3, K5 und K7 über die erste Triebebene 1. c) einen Boostmodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine M bei laufendem Verbrennungsmotor die Kurbelwelle CR unterstützend antreibt:
- die Kupplungen K2 und K4 werden in der Weise geschlossen, dass die zweite Triebebene 2 mit mechanisch und akustisch akzeptablen Be- schleunigungen aus dem Stillstand heraus auf die momentane Kurbelwellendrehzahl hochdreht;
- die vom Verbrennungsmotor angetriebene Kurbelwelle CR wird zusätzlich von der Elektromaschine M über die zweite Triebebene 2 angetrieben. d) einen Standklimamodus/Standheizmodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine M bei stehendem Verbrennungsmotor den Klimakompressor A/C bzw. die Kühlmittelpumpe WP antreibt:
- die erste Triebebene 1 befindet sich im Stillstand;
- die Kupplung K2 ist geöffnet und die Kupplung K4 ist geschlossen;
- die Kupplungen K4, K6 und K8 befinden sich in Klemmstellung, und das zweite Maschinenrad 9, das zweite Kompressorrad 1 und das zweite Pumpenrad 13 werden von der Elektromaschine M angetrieben;
- zum Starten des Verbrennungsmotors aus dem Standklimamodus heraus wird die Kupplung K2 in der Weise geschlossen, dass die unterschiedli- chen Drehzahlen der (zunächst stillstehenden) ersten Triebebene 1 und der zweite Triebebene 2 mechanisch und akustisch akzeptabel miteinander synchronisiert werden. Auch im Hinblick auf die Drehzahlsynchronisation im Boostmodus kann hierzu die Kupplung K2 beispielsweise einen Federmechanismus aufweisen, der einen schlagartigen Drehmomentauf- bau verhindert. Die Kupplung K2 kann alternativ oder optional auch eine
Reibungskupplung sein, deren Reibpartner zur Beschränkung des übertragbaren Drehmoments intermittierend und/oder schleifend geschlossen werden. Liste der Bezugszeichen
1 erste Triebebene
2 zweite Triebebene
3 Maschinenwelle
4 Kompressorwelle
5 Pumpenwelle
6 erstes Kurbelwellenrad
7 zweites Kurbelwellenrad
8 erstes Maschinenrad
9 zweites Maschinenrad
10 erstes Kompressorrad
1 1 zweites Kompressorrad
12 erstes Pumpenrad
13 zweites Pumpenrad
14 erstes Zugmittel
15 zweites Zugmittel
CR Kurbelwelle
M Elektromaschine
A/C Klimakompressor
WP Kühlmittelpumpe
K1-K8 Kupplung

Claims

Patentansprüche Zugmitteltrieb eines Verbrennungsmotors, umfassend zwei parallele Triebebenen (1 ,
2) und:
- ein mit einer Kurbelwelle (CR) des Verbrennungsmotors drehverbindba- res erstes Kurbelwellenrad (6), das in der ersten Triebebene (1 ) angeordnet ist,
- ein mit der Kurbelwelle (CR) drehverbindbares zweites Kurbelwellenrad
(7) , das koaxial zum ersten Kurbelwellenrad (6) in der zweiten Triebebe- ne (2) angeordnet ist,
- eine wahlweise als Generator oder als Motor betreibbare Elektromaschi- ne (M) mit einer Maschinenwelle (3),
- ein mit der Maschinenwelle (3) drehverbindbares erstes Maschinenrad
(8) , das in der ersten Triebebene (1) angeordnet ist, um im Generatorbe- trieb der Eiektromaschine (M) von der Kurbelweile (CR) angetrieben zu werden,
- ein mit der Maschinenwelle (3) drehverbindbares zweites Maschinenrad
(9) , das koaxial zum ersten Maschinenrad (8) in der zweiten Triebebene (2) angeordnet ist, um im Motorbetrieb der Eiektromaschine (M) die Kur- belwelle (CR) anzutreiben,
- einen Klimakompressor (A/C) mit einer Kompressorwelle (4),
- ein mit der Kompressorwelle (4) drehverbindbares erstes Kompressorrad
(10) , das in der ersten Triebebene (1 ) angeordnet ist, um im Generatorbetrieb den Klimakompressor (A/C) anzutreiben,
- ein endlos umlaufendes erstes Zugmittel (14), das die in der ersten Triebebene (1 ) angeordneten ersten Räder (6, 8, 10, 12) umschlingt,
- sowie ein endlos umlaufendes zweites Zugmittel (15), das die in der zweiten Triebebene (2) angeordneten zweiten Räder (7, 9, 1 1 , 13) umschlingt,
dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Kompressorwelle (4) drehverbindbares zweites Kompressorrad (1 1 ) vorgesehen ist, das koaxial zum ersten Kompressorrad (10) in der zweiten Triebebene (2) angeordnet ist, um im Motorbetrieb den Klimakompressor (A/C) anzutreiben. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen dem ersten Kurbelwellenrad (6) und der Kurbelwelle (CR) eine erste Kupplung (K1 ) angeordnet ist, die in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen der Kurbelwelle (CR) gegenüber dem ersten Kurbelwellenrad (6) sperrt,
- zwischen dem zweiten Kurbelwellenrad (7) und der Kurbelwelle (CR) eine ansteuerbare zweite Kupplung (K2) angeordnet ist, die im geschlossenen Zustand in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen des zweiten Kurbelwellenrads (7) gegenüber der Kurbelwelle (CR) sperrt und die im geöffneten Zustand in beiden Drehrichtungen das zweite Kurbelwellenrad (7) von der Kurbelwelle (CR) entkoppelt,
- zwischen dem ersten Maschinenrad (8) und der Maschinenwelle (3) eine dritte Kupplung (K3) angeordnet ist, die in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen der Maschinenwelle (3) gegenüber dem ersten Maschinenrad (8) zulässt und in die entgegengesetzte Drehrichtung sperrt,
- zwischen dem zweiten Maschinenrad (9) und der Maschinenwelle (3) eine ansteuerbare vierte Kupplung (K4) angeordnet ist, die im geschlossenen Zustand in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen der Maschinenwelle (3) gegenüber dem zweiten Maschinenrad (9) sperrt und die im geöffneten Zustand in beiden Drehrichtungen das zweite Maschinenrad (9) von der Maschinenwelle (3) entkoppelt,
- zwischen dem ersten Kompressorrad (10) und der Kompressorwelle (4) eine fünfte Kupplung (K5) angeordnet ist, die in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen der Kompressorwelle (4) gegenüber dem ersten Kompressorrad (10) zulässt und in die entgegengesetzte Drehrichtung sperrt,
- und dass zwischen dem zweiten Kompressorrad (1 1 ) und der Kompressorwelle (4) eine sechste Kupplung (K6) angeordnet ist, die in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen der Kompressorwelle (4) gegenüber dem zweiten Kompressorrad (1 1 ) zulässt und in die entgegengesetzte Drehrichtung sperrt.
3. Zugmitteltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Kupplung (K1 ) um eine starre Drehverbindung zwischen der Kurbelwelle (CR) und dem ersten Kurbelwellenrad (6) handelt.
4. Zugmitteltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ansteuerbaren vierten Kupplung (K4) um eine Freilaufkupplung handelt, die im geöffneten Zustand ein Überholen in beiden Drehrichtungen zulässt.
5. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb weiterhin umfasst:
- eine Kühlmittelpumpe (WP) mit einer Pumpenwelle (5),
- ein mit der Pumpenwelle (5) drehverbindbares erstes Pumpenrad (12), das in der ersten Triebebene (1 ) angeordnet ist, um im Generatorbetrieb die Kühlmittelpumpe (WP) anzutreiben,
- und ein mit der Pumpenwelle (5) drehverbindbares zweites Pumpenrad (13), das koaxial zum ersten Pumpenrad (12) in der zweiten Triebebene (2) angeordnet ist, um im Motorbetrieb die Kühlmittelpumpe (WP) anzutreiben.
6. Zugmitteltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen dem ersten Pumpenrad (12) und der Pumpenwelle (5) eine siebte Kupplung (K7) angeordnet ist, die in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen der Pumpenwelle (5) gegenüber dem ersten Pum- penrad (12) zulässt und in die entgegengesetzte Drehrichtung sperrt,
- und dass zwischen dem zweiten Pumpenrad (13) und der Pumpenwelle (5) eine achte Kupplung (K8) angeordnet ist, die in Drehrichtung der Kurbelwelle (CR) ein Überholen der Pumpenwelle (5) gegenüber dem zweiten Pumpenrad (13) zulässt und in die entgegengesetzte Drehrich- tung sperrt.
7. Verfahren zum Betrieb eines Zugmitteltriebs eines Verbrennungsmotors, umfassend zwei parallele Triebebenen (1 , 2) und: - ein mit einer Kurbelwelle (CR) des Verbrennungsmotors drehverbindba- res erstes Kurbelwellenrad (6), das in der ersten Triebebene (1 ) angeordnet ist,
- ein mit der Kurbelwelle (CR) drehverbindbares zweites Kurbelwellenrad (7), das koaxial zum ersten Kurbelwellenrad (6) in der zweiten Triebebene (2) angeordnet ist,
- eine wahlweise als Generator oder als Motor betreibbare Elektromaschine (M) mit einer Maschinenwelle (3),
- ein mit der Maschinenwelle (3) drehverbindbares erstes Maschinenrad (8), das in der ersten Triebebene (1) angeordnet ist, um im Generatorbetrieb der Elektromaschine (M) von der Kurbelwelle (CR) angetrieben zu werden,
- ein mit der Maschinenwelle (3) drehverbindbares zweites Maschinenrad
(9) , das koaxial zum ersten Maschinenrad (8) in der zweiten Triebebene (2) angeordnet ist, um im Motorbetrieb der Elektromaschine (M) die Kurbelwelle (CR) anzutreiben,
- einen Klimakompressor (A/C) mit einer Kompressorwelle (4),
- ein mit der Kompressorwelle (4) drehverbindbares erstes Kompressorrad
(10) , das in der ersten Triebebene (1 ) angeordnet ist, um im Generator- betrieb den Klimakompressor (A/C) anzutreiben,
- ein mit der Kompressorwelle (4) drehverbindbares zweites Kompressorrad (11), das koaxial zum ersten Kompressorrad (10) in der zweiten Triebebene (2) angeordnet ist, um im Motorbetrieb den Klimakompressor (A/C) anzutreiben,
- ein endlos umlaufendes erstes Zugmittel (14), das die in der ersten Triebebene (1 ) angeordneten ersten Räder (6, 8, 10, 12) umschlingt,
- sowie ein endlos umlaufendes zweites Zugmittel (15), das die in der zweiten Triebebene (2) angeordneten zweiten Räder (7, 9, 1 1 , 13) umschlingt,
wobei zumindest einer der folgenden Betriebsmoden vorgesehen ist:
- ein Startmodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine (M) die Kurbelwelle (CR) bis zum Start des Verbrennungsmotors antreibt,
- ein Normalbetriebsmodus, bei dem die als Generator betriebene Elekt- romaschine (M) von der Kurbelwelle (CR) des laufenden Verbrennungsmotors angetrieben wird,
- ein Boostmodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine (M) bei laufendem Verbrennungsmotor die Kurbelwelle (CR) unterstützend antreibt,
- und bei stehendem Verbrennungsmotor ein Standklimamodus, bei dem die als Motor betriebene Elektromaschine (M) den Klimakompressor (A/C) oder eine Kühlmittelpumpe (WP) antreibt.
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