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Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Hybridantriebsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Motor-Generator-Einheit sind vielfach bekannt. Dabei kann die Motor-Generator-Einheit im Antriebsstrang montiert werden und während eines Rekuperationsvorganges als Generator bzw. während des elektrischen Fahrbetriebs als Antriebsmotor dienen. Idealerweise wird die Motor-Generator-Einheit an einem drehenden Teil im Antriebsstrang angebunden, von dem aus sie rekupieren oder boosten kann. Ist die Motor-Generator-Einheit an der Getriebeeingangswelle montiert, so wird der Kraftfluss zwischen der Motor-Generator-Einheit und den Rädern immer wieder durch Kuppeln und/oder Schalten unterbrochen. Dieses kann zwar durch Automatikgetriebe oder intelligente Steuerung teilweise kompensiert werden, jedoch nicht vollständig beseitigt werden.
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Die elektrische Einheit kann dabei auf die Eingangswelle des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes wirken und dadurch zugleich als Startermotor zum Inbetriebsetzen der Brennkraftmaschine dienen. Zudem können Übersetzungsstufen des Wechselgetriebes auch bei elektromotorischem Betrieb genutzt werden. Wirkt die elektrische Einheit unmittelbar auf die Abtriebswelle des Wechselgetriebes, so ist ein weitgehend ohne Zugkraftunterbrechungen realisierbarer, robuster Fahrbetrieb möglich, bei dem die Massenträgheit der elektrischen Einheit sich zudem nicht nachteilig auf die Schaltvorgänge im Wechselgetriebe auswirken kann. Boostbetrieb und Rekuperationsbetrieb sind relativ einfach steuerbar. Allerdings kann die Brennkraftmaschine nicht über die elektrische Einheit gestartet werden.
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Durch die gattungsbildende
DE 10 2006 027 709 A1 ist eine Hybrid-Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der die elektrische Einheit über ein nachgeschaltetes Planetengetriebe und einen Zahnradtrieb auf die Abtriebswelle und auf die Eingangswelle des Wechselgetriebes schaltbar ist. Das Planetengetriebe wirkt dabei entweder direkt auf die Abtriebswelle oder als Summiergetriebe leistungsverzweigt auf die Abtriebswelle und die Eingangswelle des Wechselgetriebes, um in größerem Maße unterschiedliche Übersetzungsstufen zur Verfügung zu stellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hybrid-Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei einem getriebetechnisch relativ einfachem Aufbau und mit geringem steuerungstechnischen Aufwand einen komfortablen Fahrbetrieb einerseits und ein Starten der Brennkraftmaschine über die elektrische Motor-Generator-Einheit andererseits ermöglicht.
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Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das auf der Eingangswelle oder der Antriebswelle angeordnete Element des Zahnradtriebs eine Kupplung aufweist, die zumindest bei einer Momentenübertragung vom Planetengetriebe auf die Eingangswelle oder die Antriebswelle eine Antriebsverbindung herstellt. Bevorzugt kann dabei der Zahnradtrieb im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges über Feststellmittel festgesetzt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Motor-Generator-Einheit nicht nur als Elektromotor und als Generator arbeiten, sondern auch als Starter, wie nachfolgend verdeutlicht ist:
Beim Starten steht das Fahrzeug, so dass die Verbindung zwischen den Fahrzeugrädern und dem Planetengetriebe, insbesondere dessen Planetenradträger, starr ist. Das heißt, wenn die Motor-Generator-Einheit dreht, wird beispielhaft das Hohlrad des Planetengetriebes angetrieben. Da für den Startvorgang das Feststellmittel gelöst wird, geht der Kraftfluss vom Hohlrad des Planetengetriebes über den Freilauf direkt auf die Antriebswelle der Brennkraftmaschine. Für den Startvorgang ist es außerdem erforderlich, dass kein Gang eingelegt ist oder die Kupplung gelöst ist. Somit kann die elektrische Einheit über das Planetengetriebe und den Zahnradtrieb die Brennkraftmaschine starten. Durch den Freilauf indes kann die bei höherer Leerlaufdrehzahl laufende Brennkraftmaschine bzw. Eingangswelle automatisch wieder von dem Zahnradtrieb entkoppelt werden.
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Im Unterschied zum oben erwähnten Startvorgang ist es während des Fahrbetriebes von Bedeutung, dass die Motor-Generator-Einheit rekuperieren und/oder boosten kann, ohne die Vorgänge im Schaltgetriebe zu beeinflussen. Der Kraftfluss muss also nunmehr direkt auf die antreibenden Fahrzeugräder gehen und nicht auf die Kurbelwelle oder die Getriebeeingangswelle. Für diesen Fall wird das Feststellmittel des Hohlrads aktiviert, wodurch der oben erwähnte Zahnradtrieb festgesetzt ist. Das Hohlrad des Planetengetriebes und das Zahnrad auf der Eingangswelle stehen daher fest, während eine Kupplung zwischen dem Zahnrad und der Eingangswelle es der Eingangswelle erlaubt, weiter zu drehen. Das Festsetzen des Zahnradtriebes bewirkt ferner, dass die elektrische Einheit während des gesamten Fahrbetriebes nur noch auf die Abtriebswelle treibt und somit von der Eingangswelle und von Schaltvorgängen im Wechselgetriebe unbeeinflusst ist.
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Im Gegensatz zur Erfindung ist im Stand der Technik die Motor-Generator-Einheit oftmals auf der Getriebeeingangsseite montiert, von wo aus zwar die Brennkraftmaschine gestartet werden kann, jedoch nicht ohne Kraftflussunterbrechung im Getriebe geschaltet werden kann. Außerdem kann im Stand der Technik die Motor-Generator-Einheit auf der Getriebeausgangswelle montiert sein, von der aus die Brennkraftmaschine nicht gestartet werden kann.
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Das den Zahnradtrieb bildende Element des Planetengetriebes kann bevorzugt ein außenverzahntes Hohlrad sein, während die beiden anderen Elemente (Sonnenrad und Planetenradträger) mit der Abtriebswelle und der Antriebswelle der elektrischen Einheit gekoppelt sind. Dies ermöglicht ein hohes Andrehmoment zum Starten der Brennkraftmaschine und eine günstige, getriebetechnisch einfache Auslegung des Zahnradtriebes zur achsparallel angeordneten Eingangswelle.
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Zum Festsetzen des Zahnradtriebes nach dem Startvorgang kann das außenverzahnte Hohlrad des Planetengetriebes oder das den Freilauf aufweisende Zahnrad mittels einer Bremsvorrichtung festbremsbar sein. Dies kann beispielsweise hydraulisch durch Druckmittelbeaufschlagung einer entsprechenden Bremsvorrichtung ähnlich einem Bremssattel einer Scheibenbremse bewirkt werden.
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Alternativ wird jedoch vorgeschlagen, dass das außenverzahnte Hohlrad des Planetengetriebes oder das den Freilauf aufweisende Zahnrad formschlüssig mittels einer Klauenkupplung feststellbar ist. Eine derartige Kupplung wirkt nahezu verschleißfrei und bildet eine besonders robuste Momentenabstützung im Fahrbetrieb, auch bei auftretenden Lastwechseln, beispielsweise bei einem Übergang vom Antriebsbetrieb in den Rekuperationsbetrieb der elektrischen Einheit.
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Eine bevorzugte Verknüpfung der Antriebselemente des Planetengetriebes mit günstiger Übersetzung zur Abtriebswelle wird des Weiteren dadurch erzielt, dass das Sonnenrad des Planetengetriebes mit der Antriebswelle der elektrischen Einheit und der Planetenradträger mit der Abtriebswelle des Wechselgetriebes gekoppelt ist.
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Das Wechselgetriebe kann zumindest eine Eingangswelle aufweisen, wobei im Kraftfluss zwischen der Antriebswelle der Brennkraftmaschine und der zumindest einen Eingangswelle eine Trennkupplung und nachgeschaltet der mit dem Planetengetriebe gekoppelte Zahnradtrieb angeordnet sind. Die Trennkupplung kann somit in an sich bekannter Weise in der Getriebeglocke positioniert werden, während das Planetengetriebe und der Zahnradtrieb in das Getriebegehäuse integriert sein können, bevorzugt unmittelbar hinter der an die Getriebeglocke anschließenden Stirnwand.
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Besonders bevorzugt kann bei einer Momentenübertragung vom Zahnradtrieb auf die Eingangswelle des Wechselgetriebes und die Antriebswelle der Brennkraftmaschine (Startvorgang) die Abtriebswelle des Wechselgetriebes mittelbar oder unmittelbar durch Brems- oder Blockiermittel festgesetzt sein. Dies kann indirekt z. B. mittels einer angezogenen Handbremse (Feststellbremse) oder der Betriebsbremse des Kraftfahrzeuges erfolgen. Alternativ kann im Wechselgetriebe eine sogenannte Parkbremse eingebaut sein (bei automatischen Getrieben vielfach üblich), die ähnlich einer Klauenkupplung die Abtriebswelle formschlüssig mit dem Getriebegehäuse verblockt.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zur Erhöhung der Funktionssicherheit der Antriebsvorrichtung die Drehzahl zumindest der Abtriebswelle des Wechselgetriebes mittelbar oder unmittelbar überwacht ist und dass nur bei stehender oder nahezu stehender Abtriebswelle des Wechselgetriebes das festgesetzte Element des Planetengetriebes gelöst und die elektrische Einheit nach Generierung eines elektrischen Startsignales zum Starten der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist.
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Ferner kann zusätzlich oder alternativ ein elektrisches Startsignal zum Starten der Brennkraftmaschine nur dann generierbar sein, wenn die vorstehenden Brems- oder Blockiermittel der Abtriebswelle aktiviert sind.
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In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das auf der Eingangswelle oder der Antriebswelle der Brennkraftmaschine angeordnete Element des Zahnradtriebs eine schaltbare Kupplung aufweisen, die wahlweise die Antriebsverbindung herstellt oder gänzlich löst. Dies ermöglicht anstelle des fertigungstechnisch einfacheren Freilaufes mehr konstruktive und steuerungstechnische Freiheitsgrade im Hybrid-Fahrbetrieb.
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Die Kupplung kann bevorzugt eine formschlüssig wirkende Klauenkupplung oder eine Synchronkupplung sein. Dabei kann baulich vorteilhaft das Element des Zahntriebes mit der schaltbaren Kupplung auf der Antriebswelle angeordnet sein und im Kraftfluss vor der Trennkupplung zwischen Antriebswelle und Eingangswelle positioniert sein.
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Die dem Zahnradtrieb zugeordneten Feststellmittel können ebenfalls durch eine weitere, auf der Antriebswelle angeordnete, formschlüssige Klauenkupplung oder Synchronkupplung gebildet sein, die bevorzugt zu einer Kupplungseinheit zusammengebaut sind und die an der kraftabgebenden Stirnseite der Brennkraftmaschine positioniert und mittels zumindest eines Aktuators elektrisch oder hydraulisch gesteuert sind.
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In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können auf der Antriebswelle der elektrischen Motor-Generator-Einheit im Kraftfluss vor dem Planetengetriebe zumindest ein Abtriebselement für ein Zusatzaggregat des Kraftfahrzeuges, insbesondere ein Abtriebsrad eines Klimakompressors einer Klimaanlage des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Dies ermöglicht bei einer getriebetechnisch vorteilhaften Anordnung eine Klimatisierung des Kraftfahrzeuges auch bei stillstehender Brennkraftmaschine, z. B. im Standbetrieb.
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Das Wechselgetriebe kann ein zwei- oder mehrwelliges Getriebe mit einer oder ggf. zwei Eingangswellen und mit einer oder ggf. zwei Trennkupplungen (Doppelkupplungsgetriebe) zwischen den Eingangswellen und der Antriebswelle der Brennkraftmaschine sein, wobei dann der mit dem Planetengetriebe gekoppelte Zahnradtrieb auf eine der Eingangswellen schaltbar ist.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
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1 eine als Blockschaltbild dargestellte Hybrid-Antriebsvorrichtung mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, auf das eine Brennkraftmaschine und über ein Planetengetriebe und einen Zahnradtrieb eine elektrische Motor-Generator-Einheit abtreiben;
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2 eine raumbildliche Ansicht auf die elektrische Motor-Generator-Einheit mit nachgeschaltetem Planetengetriebe und Zahnradtrieb;
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3 eine weitere, als Blockschaltbild dargestellte Hybrid-Antriebsvorrichtung gemäß 1 an einem nur teilweise dargestellten, mehrwelligen Geschwindigkeits-Wechselgetriebe;
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4 eine weitere, alternative Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung gemäß 3 mit auf der Antriebswelle der Brennkraftmaschine angeordnetem Zahnrad des Zahntriebs zwischen der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine und zwei Kupplungen zum Feststellen oder Ankoppeln des Zahntriebes;
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5 eine weitere, alternative Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung nach 4, bei der der Zahntrieb und das Planetengetriebe auf der der Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine gegenüberliegenden Seite des Wechselgetriebes angeordnet ist; und
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6 eine noch weitere, alternative Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung nach den 4 oder 5, bei der auch die elektrische Motor-Generator-Einheit auf der der Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine gegenüberliegenden Seite des Wechselgetriebes positioniert ist.
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In der 1 ist in einer einfachen Getriebevariante ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 10 dargestellt, das eine Eingangswelle 12 und eine dazu achsparallele Abtriebswelle 14 aufweist, die in einem nicht dargestellten Getriebegehäuse drehbar gelagert sind.
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Auf der Eingangswelle 12 sind vier Festzahnräder (einheitlich mit 16 bezeichnet) angeordnet, die mit vier kuppelbaren Loszahnrädern (einheitlich mit 18 bezeichnet) kämmen und die vier Vorwärtsgänge unterschiedlicher Übersetzungen bilden. Die dazu notwendigen Schaltkupplungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es könnte auch eine Rückwärtsgangstufe vorgesehen sein, jedoch kann ein Rückwärtsgang auch im elektrischen Fahrbetrieb gesteuert sein. Anstelle von vier Vorwärtsgängen können in bekannter Weise selbstverständlich auch mehr Gangstufen angeordnet sein.
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Die Antriebswelle 20 der weiter nicht dargestellten Brennkraftmaschine treibt über eine Trennkupplung 22 auf die Eingangswelle 12 des Wechselgetriebes 10. Die Abtriebswelle 14 treibt in nicht dargestellter Weise über ein oder zwei Differenziale und entsprechende Gelenkwellen oder Achswellen Räder des Kraftfahrzeuges an.
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Achsparallel zur Antriebswelle 20 und koaxial zur Abtriebswelle 14 des Wechselgetriebes 10 ist eine Motor-Generator-Einheit 24 angeordnet, die über ein einfaches Planetengetriebe 26 trieblich mit der Abtriebswelle 14 des Wechselgetriebes 10 verbunden ist.
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Dabei treibt die Antriebswelle 28 der elektrischen Einheit 24 das Sonnenrad 30 als das Eingangselement des Planetengetriebes 26 an, während der Planetenräder 32 tragende Planetenradträger 34 mit der Abtriebswelle 14 gekoppelt ist.
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Das Hohlrad 36 des Planetenradgetriebes 26 kämmt über eine Innenverzahnung mit den Planetenrädern 32.
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Das Hohlrad 36 weist ferner eine Außenverzahnung 36a (vgl. auch 2) auf und bildet mit einem auf der Eingangswelle 12 drehbar gelagerten Zahnrad 38 einen Zahnradtrieb 40.
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Dabei ist in das Zahnrad 38 ein Freilauf 42 (2) integriert, der mit mehreren Sperrelementen 42a und an einer radial inneren, wellenfesten Nabe 44 ausgebildeten, schrägen Rampen 44a in Drehrichtung der Antriebswelle 20 der Brennkraftmaschine momentenübertragend wirkt, während der Freilauf 42 bei schneller als das Zahnrad 38 drehender Antriebswelle 20 bzw. Eingangswelle 12 die Antriebsverbindung löst.
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Der Zahnradtrieb 40, gebildet aus dem Hohlrad 36 und dem Zahnrad 38, kann mittels einer in 1 nur angedeuteten Brems- oder Blockiervorrichtung 46 festgesetzt werden.
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Gemäß 2 sind dazu am nicht verzahnten Außenumfang des Hohlrades 36 mehrere, radial abstehende und achsparallel ausgerichtete Stege 48 angeformt, die mit einer federnd vorgespannten, elektromagnetisch im Gehäuse des Wechselgetriebes 10 verschieblichen Schaltklaue 50 eine formschlüssig wirkende Klauenkupplung 52 (analog einer Parkbremse in automatischen Getrieben) bilden. Die Klauenkupplung 52 ist durch Federvorspannung in Wirkstellung und kann elektromagnetisch zurückgezogen bzw. entriegelt werden.
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Zur Steuerung der Klauenkupplung 52 und der elektrischen Motor-Generator-Einheit 24 ist ein elektronisches Steuergerät 54 vorgesehen, das nur soweit beschrieben ist, als dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
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Über das Steuergerät 54 können in an sich bekannter Weise die Leistung und der Generatorbetrieb der elektrischen Einheit 24 im Fahrbetrieb gesteuert werden. Dabei ist die Klauenkupplung 52 stromlos und somit der Zahnradtrieb 40 ständig festgesetzt bzw. blockiert.
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Somit kann die elektrische Einheit 24 als Motor geschaltet das Kraftfahrzeug über die Abtriebswelle 14 alleine oder in einem Boostbetrieb zusätzlich zur Leistung der Brennkraftmaschine antreiben. In letzterem Falle muss natürlich eine Gangstufe über die Zahnräder 16, 18 und über nicht dargestellte Schaltkupplungen geschaltet und die Trennkupplung 22 geschlossen sein.
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Im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges kann die elektrische Einheit 24 als Generator geschaltet sein, im Rekuperationsbetrieb elektrische Energie zurückgewinnen oder bei laufender Brennkraftmaschine elektrische Energie erzeugen (Ladebetrieb).
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Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges besteht dementsprechend ständig eine direkte, triebliche Verbindung zwischen der Abtriebswelle 14 und der Antriebswelle 28 der elektrischen Einheit 24. Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich dabei aus der getriebetechnischen Auslegung zwischen dem antreibenden Sonnenrad 30, dem abtreibenden Planetenrädträger 34 und dem feststehenden Hohlrad 36.
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Soll die Brennkraftmaschine gestartet werden, so wird im Steuergerät 54 zunächst überprüft, ob die Drehzahl nAb der Abtriebswelle 14 gegen 0 ist und/oder ob das Wechselgetriebe 10 in eine Parkstellung P geschaltet ist (die Parkbremse im Wechselgetriebe 10 ist nicht dargestellt).
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Sodann wird bei geschlossener Trennkupplung 22 die Klauenkupplung 52 durch Ansteuerung über das Steuergerät 54 elektromagnetisch entriegelt und die elektrische Einheit 24 als Motor angesteuert.
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Über den Zahnradtrieb 40 wird dementsprechend die Eingangswelle 12 und über die geschlossene Trennkupplung 22 die Antriebswelle 20 der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Startdrehzahl liegt dabei weit unter der üblichen Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine. Der Momentenfluss verläuft im Planetengetriebe 26 von dem antreibenden Sonnenrad 30 über die Planetenräder 32 des feststehenden Planetenradträgers 34 auf das Hohlrad 36.
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Nach dem Starten der Brennkraftmaschine löst sich durch die nunmehr höhere Drehzahl der Eingangswelle 12 die Antriebsverbindung zwischen dem Zahnrad 38 bzw. dem Freilauf 42 und der Eingangswelle 12.
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Dieser nunmehr antriebslose Zustand kann ggf. durch die plötzliche Drehzahlzunahme der elektrischen Einheit 24 ohne weiteres erkannt werden und das Steuergerät 54 schaltet demzufolge die elektrische Einheit 24 stromlos und deaktiviert die Klauenkupplung 52.
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Es liegt wieder die dem gesamten Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges zugrunde liegende, direkte Antriebsverbindung zwischen der elektrischen Einheit 24 und der Abtriebswelle 14 vor.
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Die 3 zeigt eine zur 1 unterschiedliche Getriebevariante mit einem mehrwelligen Getriebe 60 und ist nur soweit beschrieben, als sie sich wesentlich von der 1 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Abweichend zur 1 treibt die Eingangswelle 12 des Getriebes 60 über Festzahnräder 62, 64 auf eine Vorgelegewelle 66, die die Festzahnräder 16 mehrerer Gangstufen des Wechselgetriebes 60 trägt.
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Die Festzahnräder 16 kämmen mit den über Schaltkupplungen (nicht dargestellt) schaltbaren Loszahnrädern 18, die auf einer zur Eingangswelle 12 koaxialen Hohlwelle 68 gelagert sind.
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Die Hohlwelle 68 trägt zudem ein weiteres Festzahnrad 70, das über ein Festzahnrad 72 mit der Abtriebswelle 14 trieblich verbunden ist.
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Das Planetengetriebe 26 und der Zahnradtrieb 40 mit dem Freilauf 42 wirken wie vorbeschrieben auf die Abtriebswelle 14 und beim Starten der Brennkraftmaschine auf die Eingangswelle 12.
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Die in 3 gezeigte Getriebevariante 60, die ggf. eine zweite Vorgelegewelle 66 und selbstverständlich mehr Gangstufen 16, 18 als dargestellt aufweist, ermöglicht eine an Einbausituationen definiert anpassbare Wellenanordnung und Getriebeauslegung.
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Die 4 zeigt eine weitere Getriebevariante, die auf dem mehrwelligen Getriebe 60 der 3 basiert. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
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Abweichend zur 3 ist das Zahnrad 38 des Zahntriebs 40 auf der Antriebswelle 20 der Brennkraftmaschine drehbar gelagert und über eine erste, formschlüssige Klauenkupplung 74 kuppelbar, wobei ein über einen Aktuator 76 (nur als Pfeil angedeutet) axial auf einer Längsverzahnung der Antriebswelle 20 verschiebbarer Kupplungskörper 78 mit korrespondierenden Kupplungselementen 80 am Zahnrad 38 formschlüssig zusammenwirkt.
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Am Zahnrad 38 sind weitere, radial äußere Kupplungselemente 82 ausgebildet, die mit einer in einer Gehäusenabe 84 axial verschiebbaren, unverdrehbar z. B. über eine Axialnut und eine Feder (nicht dargestellt) gehaltenen Kupplungshülse 86 formschlüssig zusammenwirken. Die Kupplungshülse 86 ist über einen weiteren Aktuator (Pfeil 88) betätigbar. Ggf. können beide axial verschiebbaren Kupplungselemente 78, 86 mittels eines gemeinsamen Aktuators betätigt werden. Die Aktuatoren 78, 88 sind an das elektronische Steuergerät 54 entsprechend angeschlossen.
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Die Trennkupplung 22 ist im Kraftfluss hinter dem Zahntrieb 40 bzw. dem Zahnrad 38 mit den beiden Kupplungen 74, 82, 86 angeordnet, wobei das Planetengetriebe 26 und der Zahntrieb 40 ggf. in einem gemeinsamen, an das Gehäuse der Brennkraftmaschine angeflanschtem Gehäuse (nicht dargestellt) vorgesehen sein können.
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Des Weiteren ist auf der Antriebswelle 28 der elektrischen Motor-Generator-Einheit 24 im Kraftfluss vor dem Planetenradgetriebe 26 ein Abtriebsrad 90, z. B. ein Riemenrad, befestigt, das zum Antrieb eines Zusatzaggregates des Kraftfahrzeuges, insbesondere zum Antrieb eines Klimakompressors einer Klimaanlage des Kraftfahrzeuges dient. Durch die beschriebene Anordnung des Abtriebsrades 90 kann bei geöffneten Kupplungen 74, 86 über die elektrische Einheit 24 die Klimaanlage des Kraftfahrzeuges auch im Stillstand des Kraftfahrzeuges und bei abgeschalteter Brennkraftmaschine betrieben werden. Das Zahnrad 38 und das Hohlrad 36 können dabei frei drehen, während der mit der Abtriebswelle 14 des Getriebes 60 verbundene Planetenradträger 34 steht bzw. wie vorstehend beschrieben gebremst ist.
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Die gemäß 4 eingesetzten beiden Kupplungen 74 bzw. 82, 84 ermöglichen noch weitergehende Freiheitsgrade in den kombinierten oder alternierenden Antriebsarten wie elektromotorischer Antrieb, Boostbetrieb, Rekuperationsbetrieb, Ladebetrieb der Batterien über die Brennkraftmaschine, Starten der Brennkraftmaschine über die elektrische Einheit 24, etc.
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Die Kupplungen 74 und/oder 82, 84 können ggf. auch durch bei Schaltgetrieben bekannte Synchronkupplungen oder durch Reibungskupplungen gebildet sein. Letztere sind zwar konstruktiv und steuerungstechnisch aufwendiger, ermöglichen aber stufenlos schaltbare Übergänge in den Antriebsarten.
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Zum Starten der Brennkraftmaschine ist die Kupplung 74 geschlossen. Bei geöffneter Trennkupplung 22 oder in Neutralstellung befindlichem Getriebe 60 verläuft der Kraftfluss von der Elektromaschine 24 über das Sonnenrad 30 und das Hohlrad 36 des Planetenradgetriebes 26 auf den Zahntrieb 40 und auf die Antriebswelle 20.
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Zum Rekuperationsbetrieb oder Boostbetrieb ist die Kupplung 82, 86 geschlossen und das Zahnrad 38 des Zahntriebs 40 geblockt. Die Elektromaschine 24 kann über das Sonnenrad 30 und den Planetenradträger 34 direkt auf die Abtriebswelle 14 des Getriebes 60 abtreiben (Boostbetrieb oder rein elektrischer Betrieb) oder im Rücktrieb als Generator geschaltet Energie speichern.
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Bei Stillstand des Kraftfahrzeuges kann bei geöffneter Kupplung 82, 86 und geschlossener Kupplung 74 ein Ladebetrieb gesteuert werden, bei dem der Kraftfluss vom Zahnrad 38 auf das Hohlrad 36 und über den stehenden Planetenradträger 34 auf das Sonnenrad 30 und schließlich auf die Antriebswelle 28 der Elektromaschine verläuft.
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Schließlich kann wie vorbeschrieben eine Klimatisierung des Kraftfahrzeuges nur über die Elektromaschine 24 erfolgen, wobei hier beide Kupplungen 74 und 82, 84 geöffnet sind.
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Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung, bei der an dem Wechselgetriebe 10 mit der Eingangswelle 12' und der Abtriebswelle 14 der Zahnradtrieb 40, das Planetengetriebe 26 und die Kupplungen 74, 82, 86 gemäß 4 auf der der Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine mit der dortigen Trennkupplung 22 angeordnet sind.
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Dazu treibt die elektrische Motor-Generator-Einheit 24 – die achsparallel zur Brennkraftmaschine positioniert ist – über eine verlängerte Abtriebswelle 28' auf das Sonnenrad 30 des Planetengetriebes 26, während die Abtriebswelle 14' des Wechselgetriebes 10 als Hohlwelle ausgebildet ist, durch die sich die Antriebswelle 28' hindurch erstreckt und mit dem Planetenradträger 34 trieblich verbunden ist.
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Ferner ist die Antriebswelle 20 der Brennkraftmaschine über eine Steckverzahnung 92 mit einer weiteren Abtriebswelle 92 ständig verbunden, die auf den Kupplungskörper 78 der Kupplung 74 abtreibt. Die weitere Abtriebswelle 92 erstreckt sich ebenfalls durch die als Hohlwelle ausgeführte Eingangswelle 12' des Wechselgetriebes 10.
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Bei gleicher, wie vorbeschriebener Funktion der Hybrid-Antriebsvorrichtung ist bei dieser Ausführungsvariante die elektrische Motor-Generator-Einheit 24 achsparallel und seitlich der Brennkraftmaschine angeordnet, während das Planetengetriebe 26, der Zahntrieb 40 und die Kupplungen 74, 82, 86 dem Wechselgetriebe 10 nachgeschaltet sind. Das Antriebsrad 90 für den Zusatztrieb kann wie dargestellt dem Planetengetriebe 26 benachbart oder gemäß 4 der Einheit 24 benachbart angeordnet sein.
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Die 6 zeigt eine weitere, von der 5 abweichende Ausführungsvariante der Erfindung, die nur in den relevanten Unterschieden beschrieben ist. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Gemäß 6 sind die elektrische Motor-Generator Einheit 24 und das Planetengetriebe 26' auf der der Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine gegenüberliegenden Seite des Wechselgetriebes 10 angeordnet, während der modifizierte Zahnradtrieb 40' analog zur 4 auf der Seite der Brennkraftmaschine positioniert ist.
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Dazu ist nur die Abtriebswelle 14' als Hohlwelle ausgeführt, durch die hindurch sich eine weitere Abtriebswelle 92 erstreckt, die den abtreibenden Planetenradträger 34 einerseits mit einem Zahnrad 96 des Zahnradtriebes 40 trieblich verbindet.
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Die elektrische Einheit 24 trägt auf deren Abtriebswelle 28 das Antriebsrad 90 und wirkt wie vorbeschrieben auf das Sonnenrad 30 des Planetengetriebes 26', dessen Außenrad 36' auf die Abtriebswelle 14' abtreibt.
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Da der Zahntrieb 40' nicht mit dem Außenrad 36 des Planetengetriebes 26', sondern über ein separates Zahnrad 96 mit dem kuppelbaren Zahnrad 38 zusammenwirkt, kann durch dessen Übersetzungsauslegung beim Starten der Brennkraftmaschine ein beliebig höheres Drehmoment auf die Antriebswelle 20 der Brennkraftmaschine ausgeübt werden.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele 1 bis 6 zeigen, dass mit geringen konstruktiven Änderungen eine Anordnung der elektrischen Motor-Generator-Einheit 24 mit oder ohne Planetengetriebe 26 und mit oder ohne Zahnradtrieb 40 auf der Kraftabgabeseite (Trennkupplung 22) der Brennkraftmaschine oder gegenüberliegend des Wechselgetriebes 10, 60 angeordnet sein können. Auch die dargestellten Verknüpfungen des Planetengetriebes 26, 26' und die Auslegungen des Zahnradtriebes 40, 40' sind entsprechend kombinierbar.
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So kann abweichend zur 6 die elektrische Einheit 24 mit dem Planetengetriebe 26' in umgekehrter Anordnung auf der Seite der Brennkraftmaschine und der Zahntrieb 40' mit den Kupplungen 74, 82, 86 auf der gegenüberliegenden Seite positioniert sein, wobei dann eine weitere Antriebswelle 92 gemäß 5 und eine Eingangswelle 12' als Hohlwelle zu verwenden wären.
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Eine Hohlwelle als Eingangswelle 12' wäre bei ansonsten gleicher getriebetechnischer Verknüpfung auch dann erforderlich, wenn die Ausführung gemäß 4 nicht auf der Seite der Brennkraftmaschine, sondern gegenüberliegend dazu angeordnet wäre, mit dem Wechselgetriebe 10 nachgeschalteter Motor-Generator-Einheit 24, Planetengetriebe 26 und Zahnradtrieb 40.
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Der Zahnradtrieb 40 kann auch zu einem Zahnradtrieb 40' gemäß 6 modifiziert sein, wenn z. B. in 4 das Außenrad 36' das auf die Abtriebswelle 14 abtreibende Element des Planetengetriebes 26' ist und der Planetenradträger 34 über ein angeschlossenes Zahnrad 96 auf das auf der Antriebswelle 20 der Brennkraftmaschine gelagerte, kuppelbare Zahnrad 38 abtreibt. Damit kann das Startdrehmoment zur Brennkraftmaschine erhöht werden.
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Auch die in 5 gezeigte Anordnung der Antriebselemente kann ohne weiteres seitenverkehrt ausgeführt werden, so dass die elektrische Motor-Generator-Einheit 24 der Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine gegenüberliegend und das Planetengetriebe 26 und der Zahntrieb 40 auf der Seite der Brennkraftmaschine positioniert wären.
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Die gezeigten Anordnungen in 4, 5 und 6 sind sowohl auf Wechselgetriebe 10 mit einer Eingangswelle 12 und einer Abtriebswelle 14 als auch auf mehrwellige Wechselgetriebe 60 anwendbar.
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Das Wechselgetriebe kann ferner in nicht dargestellter Weise auch als an sich bekanntes Doppelkupplungsgetriebe konzipiert sein, das zwei Eingangswellen 12 und zwei die Brennkraftmaschine alternierend mit diesen verbindbare Trennkupplungen 22 aufweist. In diesem Falle ist das Planetengetriebe 26 und der Zahnradtrieb 40 mit dem Freilauf 42 oder den beiden Kupplungen 74, 82, 86 auf eine dieser Eingangswellen 12 geschaltet. Die Funktion im Übrigen ist analog der Vorbeschriebenen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006027709 A1 [0004]