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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Starteranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen eines Antriebsmoments und mit einer Getriebeanordnung, die mit einer Abtriebswelle der elektrischen Maschine verbunden ist und mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine sowie einer Antriebswelle eines Zusatzgeräts des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, um die Kurbelwelle oder die Antriebswelle anzutreiben, wobei die Getriebeanordnung dazu ausgebildet ist, in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle die Abtriebswelle drehfest mit der Kurbelwelle zu verbinden und in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung die Abtriebswelle mit der Antriebswelle drehfest zu verbinden, wobei die Getriebeanordnung als Planetengetriebe ausgebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einem Klimakompressor.
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine Antriebsleistung mit einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen und die Verbrennungskraftmaschine im Stillstand des Kraftfahrzeugs oder beim antriebslosen Rollen des Kraftfahrzeugs auszuschalten und bei Bedarf durch einen Elektromotor erneut zu starten. Üblicherweise ist ein Startergenerator mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar oder permanent verbunden, um die Verbrennungskraftmaschine für einen derartigen Warmstart anzutreiben und/oder zu starten.
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Zur Reduktion des technischen Aufwandes und des Gewichts des Kraftfahrzeugs ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Elektromotor des Starters der Verbrennungskraftmaschine für mehrere Antriebsfunktionen im Kraftfahrzeug zu verwenden, da der Elektromotor des Starters lediglich zu diskreten Startzeitpunkten der Verbrennungskraftmaschine benötigt wird.
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Aus der
DE 10 2008 036 167 A1 ist beispielsweise ein Startergenerator bekannt, der über eine erste Kupplung mit der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist und mit einer zweiten Kupplung mit einem Klimakompressor verbindbar ist, um die von dem Startergenerator bereitgestellte Antriebsleistung sowohl zum Starten der Verbrennungskraftmaschine als auch zum Betreiben des Klimakompressors zu verwenden. Nachteilig dabei ist es, dass die beiden unabhängigen Kupplungen separat gesteuert werden müssen, um ein wechselndes Öffnen und Schließen der Kupplungen oder entsprechendes Verbinden der Verbrennungskraftmaschine und des Klimakompressors mit dem Startergenerator zu gewährleisten, wodurch der allgemeine technische Aufwand vergleichsweise hoch ist.
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Eine gattungsgemäße Starteranordnung ist aus der
US 2003/0 094 317 A1 bekannt. Hierdurch ist es möglich eine elektrische Maschine zum Bereitstellen eines Antriebsmomentes für eine Verbrennungskraftmaschine als auch zum Antrieb eines Zusatzgerätes zu nutzen. Hierzu ist eine Getriebeanordnung mit Kupplungen vorgesehen, die die Komponenten einzeln oder gemeinsam antreibt. Der Aufbau einer derartigen Getriebeanordnung ist komplex und daher teuer.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Starteranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die mit geringem technischem Aufwand sowohl die Verbrennungskraftmaschine als auch ein Zusatzgerät des Kraftfahrzeugs antreiben kann.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Starteranordnung dadurch gelöst, dass das Planetengetriebe als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet ist, das eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Eingangswelle mit einem ersten Sonnenrad verbunden ist, das mit einem ersten Planetenrad kämmt, das mit einem feststehenden Hohlrad kämmt, wobei die Ausgangswelle mit einem zweiten Sonnenrad verbunden ist, das mit einem frei drehbaren zweiten Planetenrad kämmt, wobei das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad über einen Planetenträger miteinander verbunden sind, der mittels eines Freilaufs in einer Drehrichtung mit dem zweiten Sonnenrad drehfest verbindbar ist, wobei die Getriebeanordnung eine Freilaufanordnung aufweist, um die Kurbelwelle bzw. die Antriebswelle drehrichtungsabhängig mit der Abtriebswelle zu verbinden.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeug gelöst durch eine Starteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Dadurch, dass die Getriebeanordnung, die mit der Abtriebswelle der elektrischen Maschine verbunden ist und dazu ausgebildet ist, in einer ersten Drehrichtung die Abtriebswelle drehfest mit der Kurbelwelle zu verbinden und in einer zweiten Drehrichtung die Abtriebswelle mit der Antriebswelle des Zusatzgeräts zu verbinden, kann durch einfache Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle das Antriebsmoment der elektrischen Maschine wahlweise auf die Verbrennungskraftmaschine zum Starten der Verbrennungskraftmaschine oder auf die Antriebswelle des Zusatzgeräts des Kraftfahrzeugs übertragen werden, um dieses entsprechend anzutreiben. Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand der Kraftfluss der elektrischen Maschine entsprechend durch Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle geleitet werden, ohne dass weitere Kupplungen gesteuert werden müssen, so dass der technische Aufwand zur Leitung des Kraftflusses reduziert ist. Die Übersetzungsanordnung kann in kompakter Bauform realisiert werden, wobei das Planetengetriebe als Zwei-Gang-Planetengetriebe ausgebildet ist, um die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse zur Übertragung des Antriebsmoments auf die Kurbelwelle oder die Antriebswelle zu realisieren. Hierdurch kann mit technisch geringem Aufwand drehrichtungsabhängig das Übersetzungsverhältnis verändert werden. Durch die Freilaufanordnung kann mit einfachen technischen Mitteln der Kraftfluss drehrichtungsabhängig geleitet werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn die Freilaufanordnung zwei entgegengerichtete Freiläufe aufweist.
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Dadurch kann das Antriebsmoment der elektrischen Maschine mit technisch geringem Aufwand drehrichtungsabhängig auf unterschiedliche Abtriebe der Getriebeanordnung übertragen werden.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn die entgegengerichteten Freiläufe entsprechend der Kurbelwelle und der Antriebswelle zugeordnet sind.
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Dadurch kann der technische Aufwand weiter reduziert werden, da keine weiteren mechanischen Elemente zum drehfesten Verbinden der Kurbelwelle und der Antriebswelle mit der Abtriebswelle der elektrischen Maschine notwendig sind.
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Es ist allgemein bevorzugt, wenn die Getriebeanordnung eine Übersetzungsanordnung aufweist, die zum Übertragen des Antriebsmomentes zwischen der Abtriebswelle und der Kurbelwelle und zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle unterschiedliche Übersetzungen aufweist.
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Dadurch kann das von der Getriebeanordnung auf die beiden angeschlossenen Komponenten des Kraftfahrzeugs übertragene Drehmoment und die von der Getriebeanordnung übertragene Drehzahl an die Komponenten bedarfsgerecht voreingestellt werden, so dass keine gesonderte Regelung der elektrischen Maschine notwendig ist.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle größer ist als das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle und der Kurbelwelle.
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Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht mit einem großen Drehmoment gestartet werden und das Zusatzgerät mit einer hohen Drehzahl und einem kleinen Drehmoment betrieben werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle im Wesentlichen 1 ist.
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Dadurch kann der technische Aufwand für die Übersetzungsanordnung reduziert werden, da die Übertragung des Antriebsmoments auf die Antriebswelle beispielsweise durch einen Direktgang realisiert werden kann.
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Es ist allgemein bevorzugt, wenn das Zusatzgerät ein Kompressor ist, der über die Antriebswelle antreibbar ist.
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Dadurch kann ein Zusatzgerät, das ein träges System des Kraftfahrzeugs bildet, kurzzeitig von der elektrischen Maschine entkoppelt werden, ohne dass signifikante Beeinträchtigungen der Funktionsweise des Zusatzgeräts auftreten.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Kompressor ein Klimakompressor einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ist.
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Dadurch kann ein System des Kraftfahrzeugs mit der elektrischen Maschine der Starteranordnung verbunden werden, das auch bei häufiger Leistungs- bzw. Antriebsunterbrechung keine signifikanten Funktionseinbußen zeigt.
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Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Starteranordnung sowohl die Verbrennungskraftmaschine bei einem Warmstart oder einem Kaltstart gestartet werden und gleichzeitig mit derselben elektrischen Maschine ein Zusatzgerät des Kraftfahrzeugs mit Antriebsleistung versorgt werden, so dass die elektrische Maschine für zwei Funktionen genutzt werden kann und entsprechend auf eine separate elektrische Maschine im Kraftfahrzeug verzichtet werden kann, wodurch der technische Aufwand und das Gewicht des Kraftfahrzeugs reduziert werden kann.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Starteranordnung;
- 2 eine schematische Ansicht einer Starteranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine; und
- 3 ein Zwei-Gang-Planetengetriebe mit drehrichtungsabhängiger Gangauswahl.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf mit einer Verbrennungskraftmaschine 14, die eine Antriebsleistung zum Antreiben von angetriebenen Rädern 16R, 16L bereitstellt. Die Verbrennungskraftmaschine 14 ist über eine Kurbelwelle 18 und eine Kupplung 20 mit einem Getriebe 22 verbunden, das an einer Kardanwelle 24 ein Antriebsmoment bereitstellt. Das Antriebsmoment wird über ein Differential 24 an die angetriebenen Räder 16R, 16L zum Antreiben des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner eine Starteranordnung 30 zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 14 auf. Die Starteranordnung 30 weist eine elektrische Maschine 32 auf, die an einer Abtriebswelle 34 ein Antriebsmoment M bereitstellt. Die Abtriebswelle 34 ist mit einem Getriebe 36 verbunden, das sowohl mit der Kurbelwelle 18 der Verbrennungskraftmaschine 14 als auch mit einer Antriebswelle 38 eines Zusatzgeräts 40 verbunden bzw. verbindbar ist. Das Zusatzgerät 40 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ein Kompressor, der einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 10 zugeordnet ist, um der Klimaanlage eine entsprechende Kompression bereitzustellen.
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Die elektrische Maschine 32 ist in beiden Drehrichtungen antreibbar, so dass die Abtriebswelle 34 in beiden Drehrichtungen das Antriebsmoment M an das Getriebe 36 übertragen kann.
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Das Getriebe 36 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Drehrichtung der Abtriebswelle 34 die Kurbelwelle 18 der Verbrennungskraftmaschine 14 oder die Antriebswelle 38 des Zusatzgeräts 40 anzutreiben bzw. ein entsprechendes Drehmoment auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 zu übertragen. Dadurch kann die elektrische Maschine 32 in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle 34 zum Starten bzw. Anlassen der Verbrennungskraftmaschine 14 bei einem Warmstart oder einem Kaltstart verwendet werden und in einer zweiten Drehrichtung der Abtriebswelle 34 zum Betreiben des Zusatzgeräts 40 bzw. des Kompressors 40 dienen. Durch die besondere Ausgestaltung des Getriebes 36 ist dabei zum Umschalten zwischen der Übertragung des Antriebsmoments M auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 lediglich die Drehrichtungsumkehr notwendig. Dadurch kann der Leistungsfluss mit einfachen technischen Mitteln und ohne gesonderte Steuerung auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 gelenkt werden.
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Durch die drehrichtungsabhängige Anbindung der elektrischen Maschine 32 kann diese synergetisch sowohl zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 14 und zum Antreiben des Zusatzgeräts 40, in diesem Fall des Kompressors 40, verwendet werden, so dass der gesamttechnische Aufwand des Kraftfahrzeugs 10 und des Gesamtgewichts des Kraftfahrzeugs 10 reduziert werden kann.
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Da der Klimakreislauf des Kraftfahrzeugs 10 ein vergleichsweise träges System bildet, beeinflusst eine kurzzeitige Leistungsunterbrechung, wenn die Verbrennungskraftmaschine 14 gestartet wird, nicht die Funktion des Klimakreislaufs des Kraftfahrzeugs 14, so dass auch häufige Warmstarts, zum Beispiel bei einer Start-Stopp-Funktion, keine negativen Folgen haben.
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Das Getriebe 36 ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, das das Antriebsmoment M in unterschiedlichen Übersetzungen auf die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 überträgt, wie es im Weiteren näher erläutert ist. Dadurch kann die elektrische Maschine in beiden Drehrichtungen in einem vordefinierten optimalen Arbeitsgang betrieben werden und die Verbrennungskraftmaschine 14 sowie der Kompressor 40 können mit einer optimierten Drehzahl und einem optimierten Drehmoment betrieben bzw. gestartet werden. Dabei wird das Antriebsmoment M auf die Kurbelwelle 18 derart übersetzt, dass ein wesentlich größeres Drehmoment auf die Kurbelwelle 18 übertragen wird und die Kurbelwelle 18 mit einer wesentlich kleineren Drehzahl als die Abtriebswelle 34 rotiert. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle 34 und der Antriebswelle 38 ist vorzugsweise gleich 1 oder nahezu 1, so dass die Übersetzung beispielsweise als Direktgang ausgebildet werden kann.
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In 2 ist die Starteranordnung 30 mit der angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine 14 und dem angeschlossenen Zusatzgerät 40 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
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Die elektrische Maschine 32 stellt an der Abtriebswelle 34 das Antriebsmoment M, wobei die Abtriebswelle 34 mit einer Drehzahl n1 rotiert. Die elektrische Maschine 32 ist in beide Drehrichtungen antreibbar und stellt entsprechend in eine erste und eine zweite Drehrichtung das Antriebsmoment M und die Drehzahl n1 bereit. Die Abtriebswelle 34 ist mit dem Getriebe 36 verbunden, das zwei Abtriebswellen 42, 44 aufweist, um die Antriebswelle 38 des Kompressors 40 bzw. die Kurbelwelle 18 der Verbrennungskraftmaschine 14 anzutreiben.
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Das Getriebe 36 weist zwei Freiläufe auf, um in Abhängigkeit einer Drehrichtung der Abtriebswelle 34 die erste Abtriebswelle 42, die mit der Kurbelwelle 18 verbunden ist, oder die zweite Abtriebswelle 44, die mit der Antriebswelle 38 verbunden ist, anzutreiben. Dadurch kann durch einfache Drehrichtungsumkehr der elektrischen Maschine 32 bzw. der Abtriebswelle 34 der Leistungsfluss auf die Verbrennungskraftmaschine 14 oder den Kompressor 40 übertragen werden, so dass der Steuerungsaufwand des Leistungsflusses erheblich reduziert ist.
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Das Getriebe 36 weist unterschiedliche Gangstufen bzw. Übersetzungsverhältnisse auf, die entsprechend mit der ersten Abtriebswelle 42 oder der zweiten Abtriebswelle 44 verbunden sind, um das Antriebsmoment M und die Drehzahl n1 in unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen auf die Kurbelwelle 18 bzw. die Antriebswelle 38 übertragen kann. Das Getriebe 36 ist dabei vorzugsweise als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet, das entsprechend der Drehrichtung der Abtriebswelle 34 das Antriebsmoment M und die Drehzahl n1 in unterschiedlichen Übersetzungen an die beiden Abtriebswellen 42, 44 überträgt. Die erste Abtriebswelle 42 rotiert dabei mit einer Drehzahl n2 und überträgt ein Drehmoment M2. Die zweite Abtriebswelle 44 rotiert dabei mit einer Drehzahl n3 und überträgt das Drehmoment M3.
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Die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes 36 sind dabei so eingestellt, dass die Drehzahl n3 ungefähr gleich ist mit der Drehzahl n1 und entsprechend das Übersetzungsverhältnis i ungefähr gleich 1 ist. Folglich ist das Drehmoment M3 gleich dem Antriebsmoment M. Das Übersetzungsverhältnis der ersten Abtriebswelle 42, die mit der Kurbelwelle 18 verbunden ist, ist dabei wesentlich größer als 1 (i » 1), so dass das Drehmoment M2 wesentlich größer ist als das Antriebsmoment M und die Drehzahl n2 wesentlich kleiner ist als die Drehzahl n1.
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Die Kurbelwelle 18 ist mit der ersten Abtriebswelle 42 über ein Zahnrad 46 verbunden und entsprechend mit der Abtriebswelle 42 permanent eingespurt, wobei der ersten Abtriebswelle 42 ein weiterer Freilauf zugeordnet sein kann, um die Kurbelwelle 18 lediglich in einer Drehrichtung mit dem Getriebe zu verbinden.
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Das Getriebe 36 ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, um eine kompakte Bauform zu ermöglichen. Das Planetengetriebe ist dabei vorzugsweise als Zwei-Gang-Planetengetriebe ausgebildet, das automatisch in Abhängigkeit der Drehrichtung der Abtriebswelle 34 zwischen den beiden Übersetzungsstufen hin und her schalten kann. In 3 ist ein Zwei-Gang-Planetengetriebe zur Verwendung in dem Getriebe 36 schematisch dargestellt und allgemein mit 50 bezeichnet.
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Das Zwei-Gang-Planetengetriebe 50 weist eine Eingangswelle 52 und eine Ausgangswelle 54 auf. Die Eingangswelle 52 ist mit einem ersten Sonnenrad 56 verbunden, das mit einem ersten Planetenrad 58 kämmt, das mit einem feststehenden Hohlrad 60 kämmt. Die Ausgangswelle 54 ist mit einem zweiten Sonnenrad 62 verbunden, das mit einem frei drehbaren zweiten Planetenrad 64 kämmt. Das erste Planetenrad 58 und das zweite Planetenrad 64 sind über einen Planetenträger 66 miteinander verbunden, der mittels eines Freilaufs 68 in einer Drehrichtung mit dem zweiten Sonnenrad 62 drehfest verbindbar ist.
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Durch den Freilauf 68 wird in einer Drehrichtung der Eingangswelle 52 der Planetenträger 66 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 62 verbunden, so dass eine erste Übersetzung gebildet ist und in einer entgegengesetzten Drehrichtung treibt das erste Planetenrad 58 das zweite Planetenrad 64 und das zweite Planetenrad 64 das zweite Sonnenrad 62 an, so dass in der zweiten Drehrichtung eine zweite Übersetzung eingestellt ist. Dadurch können drehrichtungsabhängig unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse durch das Zwei-Gang-Planetengetriebe 50 bereitgestellt werden.
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Dieses Zwei-Gang-Planetengetriebe 50 wird vorzugsweise in dem Getriebe 36 verwendet, wobei die Ausgangswelle 54 jeweils über einen separaten Freilauf mit der ersten Abtriebswelle 42 und der zweiten Abtriebswelle 44 verbunden ist, um entsprechend drehrichtungsabhängig die Kurbelwelle 18 oder die Antriebswelle 38 anzutreiben.
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Dadurch kann insgesamt mit technisch geringem Aufwand drehrichtungsabhängig zwischen dem Antrieb der Verbrennungskraftmaschine 14 und dem Kompressor 40 umgeschaltet werden.