JP3755643 | BELT DRIVE DEVICE |
AVERY GARY (DE)
DaimlerChrysler AG
Patentansprüche
1. Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Planetengetriebe (P) , wobei
- ein Sonnenrad (S) des Planetengetriebes (P) mit einer ersten Elektromaschine (EMI) ,
- ein Planetenradträger (PT) mit einem Verbrennungsmotor (VM) und
- ein erstes Hohlrad (Hl) mit mindestens einem Nebenaggregat (AG) im Leistungsaustausch stehen, gekennzeichnet durch
- zwei Planetenradsätze (PRl, PR2) , die mit ihren Achsen im Planetenradträger (PT) gelagert sind,
- ein zweites Hohlrad (H2) , das durch eine erste Bremse (BS) gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann,
- wobei der erste Planetenradsatz (PRl) mit dem ersten Hohlrad (Hl) und dem Sonnenrad (S) kämmt und der zweite Planetenradsatz (PR2) mit dem zweiten Hohlrad (H2) und dem ersten Planetenradsatz (PRl) kämmt,
- eine erste Kupplung (KVE) , durch die der Verbrennungsmotor (VM) mit der ersten Elektromaschine
(EMI) koppelbar ist, und
- einen ersten Freilauf (FVG) , durch den der Planetenradträger (PT) nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
2. Nebenaggregatantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Freilauf (FAG) , durch den das erste Hohlrad (Hl) des Planetengetriebes (P) nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
3. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche , gekennzeichnet durch eine zweite Bremse (KGE) , durch die das Sonnenrad (S) des Planetengetriebes (P) gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann.
4. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (PT) des Planetengetriebes (P) über eine zweite Kupplung (KVM) mit einer Getriebeeingangswelle (GE) eines Fahrgetriebes (G) verbindbar ist, wobei eine zweite Elektromaschine (EM2) mit der Getriebeeingangswelle (GE) im Leistungsaustausch steht .
5. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (PT) des Planetengetriebes (P) über eine zweite Kupplung (KVM) mit einem Element (TH) eines Triebstrangplanetengetriebes (TP) verbindbar ist, wobei das Element (TH) des Triebstrangplanetengetriebes (TP) durch einen dritten Freilauf (FV2) nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
6. Nebenaggregatantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (KVE) eine Fliehkraftkupplung ist. |
Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Werden Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimakompressoren, Lüfter, LenkheIfpumpen oder öl- und Wasserpumpen, in Kraftfahrzeugen verwendet, bei denen die Nebenaggregate mit einer Drehzahl proportional zur Drehzahl des Verbrennungsmotors angetrieben werden, so müssen diese über einen breiten Drehzahlbereich, bei Ottomotoren beispielsweise von 600 bis 6000 U/min, also ein Faktor 10 beim Verhältnis von Höchstdrehzahl zu Niedrigstdrehzahl, die an sie gestellten Anforderungen erfüllen. Dies führt dazu, dass beispielsweise eine Wasserpumpe, die einen ausreichenden Kühlmittelfluss im Leerlauf des Verbrennungsmotors liefern muss, bei höheren Verbrennungsmotordrehzahlen eine unnötig hohe Kühlmittelmenge fördert und damit erhebliche Verluste verursacht. Andere Nebenaggregate wiederum bringen beim Leerlauf marginale Leistung und werden selten im optimalen Betriebsbereich betrieben.
Um Nebenaggregate bei Stillstand des Verbrennungsmotors antreiben zu können, ist bekannt, einen separaten Elektromotor vorzusehen, der den Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors über einen Freilauf antreibt.
Ein Freilauf ist eine Vorrichtung, die einen Teil eines Antriebsstranges von der Drehbewegung entkoppelt, wenn sich die Lastverhältnisse ändern. Ein Freilauf kann beispielsweise als Rollenfreilauf, Lamellenfreilauf oder Klemmkörperfreilauf ausgeführt sein. Ein Klemmkörperfreilauf besteht aus einem Innenring, einem Außenring und aus in einem Käfig gelagerten Klemmkörpern. Bei einem Antrieb durch den Innenring drücken Federn die Klemmkörper leicht zwischen den Innenring und den Außenring, so dass sich die Klemmkörper abhängig von deren Drehung in ihren Aufnahmeräumen verschieben. Weil sich die Aufnahmeräume der Klemmkörper von den Federn weg verjüngen, ist das übertragene Drehmoment größer, je weiter der Innenring gegenüber dem Außenring verdreht wird. Durch passende Auswahl des Anstellwinkels des sich ausbildenden Klemmkeiles ist die Ausführung auch bei bester Schmierung - physikalisch bedingt - absolut rutschsicher, es herrscht der Zustand der Selbsthemmung. Der Verjüngungswinkel muss dazu so gewählt werden, dass er kleiner oder gleich dem Arcustangens der Gleitreibungszahl μ ist. Dreht sich die Drehrichtung um oder ist die äußere Drehzahl größer als die innere Drehzahl, rollen die Klemmkörper in Richtung der Feder, die Klemmung wird aufgehoben.
Elektromaschinen, die sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden, weisen ebenfalls die Problematik auf, dass sie im motorischen Betrieb eine andere übersetzung als im Generatormodus benötigen. Dies führt zumeist zu einer überdimensionierung der Elektromaschinen. Beispielsweise benötigen Starter-Generatoren im Starter-Modus eine höhere übersetzung als im Generatormodus, was zu einer überdimensionierten Auslegung für den Starterbetrieb führt.
Ebenso sind elektrische Nebenaggregate bekannt, die insbesondere bei Hybridfahrzeugen verwendet werden, da hier
ausreichend elektrische Energie zur Versorgung der Nebenaggregate vorhanden ist. Diese sind jedoch teuer.
Aus der DE 43 33 907 C2 ist ein Nebenaggregateantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem überlagerungsgetriebe mit einer Eingangsbasis und zwei Ausgangsbasen bekannt, wobei die Eingangsbasis mit einem Verbrennungsmotor, die erste Ausgangsbasis mit einem Nebenaggregatverbund und die zweite Ausgangsbasis mit einer als Generator betriebenen Induktionsmaschine in Drehverbindung steht. Die Drehzahl des Nebenaggregatverbunds ist durch das überlagerungsgetriebe derart stufenlos steuerbar, dass sie sich in einem gleichmäßigen und möglichst idealen Bereich befindet. Allerdings ist im stufenlosen Betrieb die generatorische Leistung der Induktionsmaschine wegen der Abhängigkeit von dem Drehmomentbedarf des Nebenaggregatverbunds nur eingeschränkt steuerbar. Um von einem Betrieb mit stufenloser übersetzung in einen Betrieb mit direkter übersetzung zu gelangen, müssen nachteilig mehrere Kupplungen geschaltet werden .
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzuschlagen, der sowohl beim Starten des Verbrennungsmotors als auch beim Antreiben des Fahrzeuges durch die erste Elektromaschine einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Nebenaggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß weist der Nebenaggregatantrieb zwei Planetenradsätze, die mit ihren Achsen im Planetenradträger gelagert sind, ein zweites Hohlrad, das durch eine erste Bremse gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann, wobei der erste Planetenradsatz mit dem ersten Hohlrad und
dem Sonnenrad kämmt und der zweite Planetenradsatz mit dem zweiten Hohlrad und dem ersten Planetenradsatz kämmt, eine erste Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten Elektromaschine koppelbar ist, und einen ersten Freilauf auf, durch den der Planetenradträger nur in eine Drehrichtung drehbar ist.
Bei der Verwendung einer ersten Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten Elektromaschine koppelbar ist, kann die erste Elektromaschine den Verbrennungsmotor direkt antreiben, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird und das Planetengetriebe, insbesondere bei einem Warmstart des Verbrennungsmotors, geschont wird. Ebenso ist hierdurch bei geschlossener erster Kupplung die generatorische Leistung der ersten Elektromaschine nicht von dem Drehmomentbedarf des mindestens einen Nebenaggregats abhängig. Dies führt zu dem Vorteil, dass die erste Elektromaschine unabhängig von dem Nebenaggregat generatorisch oder motorisch steuerbar ist, und somit ein Boostbetrieb durch ein zusätzliches Antriebsmoment der ersten Elektromaschine möglich ist. Des Weiteren ermöglicht das Schalten der ersten Kupplung einen einfachen Wechsel zwischen einem stufenlosen Betrieb und einem direkten Betrieb.
Weist der Nebenaggregatantrieb einen ersten Freilauf auf, durch den der Planetenradträger des Planetengetriebes nur in eine Drehrichtung drehbar ist, so ist es möglich, auch wenn sich der Verbrennungsmotor im Stillstand befindet, das erste Hohlrad, das mit mindestens einem Nebenaggregat im Leistungsaustausch steht, anzutreiben. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben werden können, von Vorteil, da hier beispielsweise die Lenkhelfpumpe der Servolenkung angetrieben werden muss. In bevorzugter Weise werden hierbei die Nebenaggregate, wie beispielsweise
Klimaanlage und Servolenkung, derart betrieben, dass beispielsweise während einer erhöhten Lenkhelfpurapenleistung die Leistung des Klimakompressors reduziert wird. Hierdurch kann die Summe der erforderlichen Leistung für Nebenaggregate begrenzt werden.
Weist der Nebenaggregatantrieb ein erweitertes Planetengetriebe mit zwei Planetenradsätzen und zwei Hohlrädern auf, wobei nur der erste Planetenradsatz mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes sowie dem ersten Hohlrad kämmt und der zweite Planetenradsatz mit dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Hohlrad kämmt, so kann eine erste Bremse, durch die das zweite Hohlrad gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann, vorteilhaft als Startkupplung dienen. Hierbei kann bei laufendem Nebenaggregatantrieb durch eine Startübersetzung mittels der ersten Elektromaschine der Verbrennungsmotor gestartet werden. Dieser Verbrennungsmotorstart zeichnet sich durch geringe Vibrationen aus .
Das Planetengetriebe ermöglicht vorteilhaft
- ein höheres Drehmoment beim Starten des Verbrennungsmotors durch die erste Elektromaschine bei geöffneter erster Kupplung, insbesondere beim Kaltstart,
- eine Drehmomentverteilung zwischen Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine beim Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats, insbesondere wenn sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, und
- eine stufenlose Steuerung des Nebenaggregatantriebs, wodurch der Betriebsbereich des mindestens einen Nebenaggregats in Bezug auf sein Drehzahlspektrum reduziert werden kann.
Durch den erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb können vorteilhaft die folgenden Funktionalitäten eines Hybridantriebsstranges realisiert werden:
- Generatorfunktion durch generatorischen Betrieb der ersten Elektromaschine (eine Lichtmaschine eines Fahrzeuges mit konventionellen Antrieb wird nicht mehr benötigt) ,
- Start/Stopp-Funktionalität durch Starten des Verbrennungsmotors mittels der ersten Elektromaschine,
- Boostfunktion durch zusätzliches Antriebsmoment der ersten Elektromaschine und
- Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats durch die erste Elektromaschine bei Stillstand des Verbrennungsmotors .
Der zweite Freilauf, durch den das erste Hohlrad des Planetengetriebes, das mit mindestens einem Nebenaggregat im Leistungsaustausch steht, nur in eine Drehrichtung drehbar ist, ermöglicht vorteilhaft eine übersetzung, und damit eine Drehmomentmultiplikation, beim Starten des Verbrennungsmotors durch die erste Elektromaschine, insbesondere bei einem Kaltstart. Hierdurch ist vorteilhaft ein Start des Verbrennungsmotors möglich, bei dem der Verbrennungsmotor auf seine Leerlaufdrehzahl beschleunigt wird, bevor der Einspritzvorgang beginnt. Dies führt gegenüber einem konventionellen Verbrennungsmotorstart zu verringerten Abgasemissionen sowie zu einem bezüglich des Komforts verbesserten Startvorgang, was insbesondere bei einem Start/Stopp-Betrieb von großem Vorteil ist.
Eine Ausführung der ersten Kupplung, durch die der Verbrennungsmotor mit der ersten Elektromaschine koppelbar ist, als Fliehkraftkupplung führt zu deutlichen Kostenvorteilen. Wobei die Möglichkeiten, in jedem
Betriebsbereich das mindestens eine Nebenaggregat stufenlos und bedarfsgerecht anzutreiben und auch die Begrenzung der Höchstdrehzahl entfallen.
Weist der Nebenaggregatantrieb eine zweite Bremse auf, durch die das erste Element des Planetengetriebes gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann, so ist es möglich, die Drehzahl des mindestens einen Nebenaggregats zu erhöhen. Dies ist bei niedrigen Verbrennungsmotordrehzahlen besonders vorteilhaft, insbesondere wenn ein Fahrzeugtriebstrang eine weitere Elektromaschine zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nebenaggregatantriebs mit einem erweiterten Planetengetriebe, einer ersten Kupplung zur Kopplung einer ersten Elektromaschine und eines Verbrennungsmotors und einem ersten Freilauf zur Bestimmung der Drehrichtung des Planetenradträgers,-
Fig. 2 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim Starten des Verbrennungsmotors bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß Figur 1 ;
Fig. 3 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim weiteren Betrieb des Nebenaggregatantriebs gemäß Figur 1;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 mit einem zweiten Freilauf zur Bestimmung der Drehrichtung des ersten Hohlrades;
Fig. 5 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine beim Starten des Verbrennungsmotors bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß Figur 4 ;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 mit einer zusätzlichen zweiten Bremse zum Festhalten des Sonnenrades ;
Fig. 7 eine Darstellung der Drehzahlen des mindestens einen Nebenaggregats, des Verbrennungsmotors und der ersten Elektromaschine bei einem Nebenaggregatantrieb gemäß Figur 6 ;
Fig. 8 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 1, wobei der Planetenradträger über eine zweite Kupplung mit einer Eingangswelle eines Fahrgetriebes verbindbar ist, die zudem mit einer zweiten Elektromaschine im Leistungsaustausch steht; und
Fig. 9 eine schematische Darstellung des
Nebenaggregatantriebs nach Figur 4 , wobei der Planetenradträger über eine zweite Kupplung mit einem dritten Hohlrad eines Triebstrangplanetengetriebes verbindbar ist.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb mit einem erweiterten Planetengetriebe P mit einem Sonnenrad S, zwei Planetenradsätzen PRl, PR2 und zwei Hohlrädern Hl, H2 , wobei das zweite Hohlrad H2 durch eine erste Bremse BS gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann.
Die Planeten der beiden Planetenradsätze PRl, PR2 sind mit ihren Achsen jeweils in einem Planetenradträger PT gelagert. Die Planeten des ersten Planetenradsatzes PRl kämmen mit dem Sonnenrad S und dem ersten Hohlrad Hl sowie mit den Planeten des zweiten Planetenradsatzes PR2. Die Planeten des zweiten Planetenradsatzes PR2 kämmen zudem mit dem zweiten Hohlrad H2.
Hierbei stehen eine erste Elektromaschine EMI mit dem Sonnenrad S, ein Verbrennungsmotor VM mit dem Planetenradträger PT und mindestens ein Nebenaggregat AG mit dem ersten Hohlrad Hl im Leistungsaustausch. Durch eine erste Kupplung KVE, beispielsweise eine Lamellenkupplung, kann der Verbrennungsmotor VM mit der ersten Elektromaschine EMI gekoppelt werden.
Des Weiteren weist der Nebenaggregatantrieb einen ersten Freilauf FVG auf, durch den der Planetenradträger PT gegenüber einem Gehäuseteil nur in eine Drehrichtung drehbar ist. Dadurch ist es möglich, auch wenn sich der Verbrennungsmotor VM im Stillstand befindet, den Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG durch die erste Elektromaschine EMI anzutreiben. Hierbei stützt der erste Freilauf FVG - wie durch die Gerade 1 der Figur 2 dargestellt - das Moment des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG ab.
Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben werden können, also so genannten Vollhybrid- Fahrzeugen, von Vorteil, da hier beispielsweise die Lenkhelfpumpe der Servolenkung angetrieben werden muss, während das Fahrzeug rein elektrisch fährt. In bevorzugter Weise werden hierbei die Nebenaggregate, wie beispielsweise
Klimaanlage und Servolenkung, derart betrieben, dass beispielsweise während einer erhöhten Lenkhelfpumpenleistung die Leistung des Klimakompressors reduziert wird. Hierdurch kann die Summe der gleichzeitigen Leistungsbedarfe der Nebenaggregate begrenzt werden.
Der erste Freilauf FVG kann auch an anderer Stelle entlang der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM (Kurbelwelle) angeordnet sein, wenn dies beispielsweise bezüglich des zur Verfügung stehenden Bauraums günstig ist.
Weitere Vorteile durch die Abstützung des Planetenradträgers PT mittels des ersten Freilaufs FVG ergeben sich auch bei einem Fahrzeug, das rein elektrisch angetrieben wird.
Figur 2 verdeutlicht die Drehzahlverhältnisse des mindestens einen Nebenaggregats AG, des Verbrennungsmotors VM und der ersten Elektromaschine EMI. Auf der vertikalen Achse sind die Drehzahlen in Umdrehungen pro Minute aufgetragen. Die Abstände auf der horizontalen Achse zwischen dem mindestens einen Nebenaggregat AG, dem Verbrennungsmotor VM und der ersten Elektromaschine EMI ergeben sich aus den übersetzungen des Planetengetriebes P so, dass sich die zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörenden Drehzahlen durch eine Gerade verbinden lassen. Somit ergeben zwei bekannte Drehzahlen die Drehzahl des dritten Elements .
Soll von einem Betriebszustand aus, wie ihn Gerade 1 der Figur 2 zeigt, wo also der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG durch die erste Elektromaschine EMI bei geöffneter erster Kupplung KVE angetrieben wird, der Verbrennungsmotor VM gestartet werden, so ist dies vorteilhaft bei laufendem Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG durch ein Schließen der ersten Kupplung KVE
möglich. Dieser Vorgang ist in Figur 2 durch einen Pfeil von der Geraden 1 zur Geraden 2 verdeutlicht.
Hierbei wäre allerdings keine übersetzung beim Starten des Verbrennungsmotors VM gegeben. Des Weiteren kann es beim Schließen der ersten Kupplung KVE zu Einschränkungen bezüglich des Fahrkomforts kommen, wobei zudem die Betriebsfestigkeit durch die hohe Beanspruchung berücksichtigt werden muss.
Besonders bevorzugt kann alternativ zum Starten des Verbrennungsmotors VM, ohne dass der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG gestoppt werden muss, die erste Bremse BS, die das zweite Hohlrad H2 festhält, als Startkupplung verwendet werden. Ausgehend vom Zustand gemäß Gerade 1 wird also die erste Bremse BS geschlossen, wodurch die Drehzahllinie 3 durch den Punkt BS geht. Das zweite Hohlrad H2 steht also still. Dies führt im Gegensatz zu einer direkten Kopplung des Verbrennungsmotors VM mit der ersten Elektromaschine EMI durch die erste Kupplung KVE zu einer Startübersetzung. Dieser Verbrennungsmotorstart zeichnet sich zudem durch geringe Vibrationen aus.
Gerade 4 der Figur 3 zeigt einen Zustand, bei dem der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG bedarfsgerecht, beispielsweise erst bei erhöhtem Leistungsbedarf der Lenkhelfpumpe oder des Klimakompressors, durch die erste Elektromaschine EMI unterstützt wird und sich der Verbrennungsmotor VM im Leerlauf (ca. 600 U/min) befindet. Je nach Konfiguration und Betriebszustand muss die erste Elektromaschine EMI in diesem Boostbetrieb lediglich 20-40% zur geforderten Leistung beitragen. Hierbei ist die erste Kupplung KVE geöffnet.
Unterschreitet die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM die Leerlaufdrehzahl, beispielsweise wenn das Fahrzeug zum Stehen kommt, so soll die erste Elektromaschine EMI vom generatorischen in den motorischen Betrieb wechseln.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ergibt sich bei einer Drehzahl an der unteren Grenze des Normalbetriebs des Verbrennungsmotors VM von 900 U/min und einer stillstehenden ersten Elektromaschine EMI für den Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG eine Drehzahl von 1200 U/min (Gerade 7 der Figur 3) .
Oberhalb dieser Drehzahl, dargestellt durch die Gerade 5, wird die erste Kupplung KVE geschlossen, um so einen unabhängigen Generator- bzw. Boostbetrieb zu ermöglichen.
Unterhalb dieser Drehzahl öffnet sich bei einem Leistungsbedarf des mindestens einen Nebenaggregats AG die erste Kupplung KEV und die Drehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG wird über die erste Elektromaschine EMI so gesteuert, dass sie 1200 U/min nicht unterschreitet. So wird der Betriebsdrehzahlbereich für die Nebenaggregate nach unten hin beschränkt .
Durch diese stufenlose Steuerung des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG lässt sich ebenso die Höchstdrehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG, wie beispielsweise Gerade 6 zeigt, auf eine Drehzahl von 4500 U/min begrenzen. Hierbei wird die erste Elektromaschine EMI generatorisch betrieben, wobei ihre Leistung vom Drehmomentbedarf des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG abhängt. Diese eingeschränkte Steuerbarkeit kann beispielsweise durch eine weitere Elektromaschine im
Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges auf Dauer ausgeglichen werden .
Zudem lässt sich auf diese Art und Weise die Drehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG bedarfsgerecht steuern.
Dadurch, dass der Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG nicht nur durch den Verbrennungsmotor VM, sondern auch durch die erste Elektromaschine EMI angetrieben werden kann, muss der Verbrennungsmotor VM nicht mehr so ausgelegt werden, dass er die Funktionen aller Nebenaggregate bereits im Leerlauf gewährleistet kann.
Die erste Elektromaschine EMI, der Verbrennungsmotor VM sowie das Sonnenrad S des Planetengetriebes P sind in Figur 1 koaxial angeordnet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die erste Elektromaschine EMI außerhalb dieser Achse angeordnet ist und mittels eines Riemen- , Ketten- oder Zahnradantriebes mit dem Sonnenrad S des Planetengetriebes P verbunden ist. Hierbei entstehen weitere Optimierungsmöglichkeiten durch die Wahl der übersetzung der ersten Elektromaschine EMI .
Die erste Kupplung KVE, durch die der Verbrennungsmotor VM mit der ersten Elektromaschine EMI koppelbar ist, ist vorzugsweise formschlüssig ausgeführt. Eine Ausführung der ersten Kupplung KVE als Fliehkraftkupplung führt zu deutlichen Kostenvorteilen. Wobei die Möglichkeiten, in jedem Betriebsbereich das mindestens eine Nebenaggregat AG stufenlos und bedarfsgerecht anzutreiben und auch die Höchstdrehzahl des Nebenaggregats AG zu begrenzen, entfallen.
Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 und
einem zweiten Freilauf FAG, dessen eines Ende mit dem ersten Hohlrad Hl und dessen anderes Ende mit einem Gehäuseteil verbunden ist. Durch den zweiten Freilauf FAG ist das erste Hohlrad Hl nur in eine Richtung, nämlich der Antriebsrichtung des Verbrennungsmotors VM, drehbar.
Hierdurch ergibt sich, wie die Gerade 8 der Figur 5 zeigt, bei einer alternativen Methode zum Starten des Verbrennungsmotors VM durch die erste Elektromaschine EMI bei geöffneter erster Kupplung KVE eine Hebelwirkung, d.h. das Drehmoment am Planetenradträger PT steigt auf etwa das Dreifache an. Durch diese übersetzung kann eine erste Elektromaschine EMI, die zum Antrieb des mindestens einen Nebenaggregats AG eine mechanische Leistung von 3 - 6 kW erzeugen kann, den Verbrennungsmotor VM problemlos starten.
Beim Startvorgang, der besonders bevorzugt bei einem Kaltstart angewandt wird, wird der Verbrennungsmotor VM zunächst auf normale Leerlaufdrehzahl gebracht wird, bevor mit der Einspritzung von Kraftstoff begonnen wird. Dies führt gegenüber einem konventionellen Startvorgang mit einem Anlasser zu geringeren Abgasemissionen und zu einem besseren Komfort . Hierdurch kann der Verbrennungsmotor VM unter Berücksichtigung von Abgasgrenzwerten häufiger in den Start/Stopp-Betrieb gehen.
Figur 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb, der die Elemente des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 und zusätzlich eine zweite Bremse KGE aufweist, durch die das Sonnenrad S des Planetengetriebes P gegenüber einem Gehäuseteil festgehalten werden kann.
Wie die Geraden 9 und 10 aus Figur 7 deutlich machen, kann bei durch die zweite Bremse KGE festgehaltenem Sonnenrad S
und damit festgehaltener erster Elektromaschine EMI die Drehzahl des Antriebs des mindestens einen Nebenaggregats AG gegenüber der Drehzahl des Verbrennungsmotors VM erhöht werden. Dies ist insbesondere bei niederen Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM von Vorteil. Dass die erste Elektromaschine EMI in diesem festgebremsten Zustand keine elektrische Energie erzeugen kann, kann beispielsweise durch eine zweite Elektromaschine im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges kompensiert werden.
Figur 8 zeigt einen erfindungsgemäßen Nebenaggregatantrieb mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1, wobei der Planetenradträger PT und somit die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM über eine zweite Kupplung KVM und vorzugsweise einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Getriebeeingangswelle GE eines Fahrgetriebes G verbindbar ist.
Das Fahrgetriebe G ist abtriebsseitig mit einem nicht dargestellten Achsgetriebe verbunden und treibt so Räder des Kraftfahrzeuges an. Als Fahrgetriebe G wird vorzugsweise ein Wechselgetriebe verwendet. Es kann jedoch auch ein stufenloses Getriebe als Fahrgetriebe G dienen.
Mit der Getriebeeingangswelle GE steht zudem eine zweite Elektromaschine EM2 im Leistungsaustausch, die sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden kann. Ist die zweite Kupplung KVM beispielsweise geöffnet, so kann das Fahrzeug allein durch die zweite Elektromaschine EM2 angetrieben werden. Bei geschlossener zweiter Kupplung KVM kann ein Antriebsmoment vom Verbrennungsmotor VM und/oder der ersten Elektromaschine EMI und/oder der zweiten Elektromaschine EM2 aufgebracht werden. Wobei hierbei auch eine oder beide Elektromaschinen EMI, EM2 generatorisch
betrieben werden können. Ebenso kann bei geschlossener zweiter Kupplung KVM die zweite Elektromaschine EM2 zum Starten des Verbrennungsmotors VM dienen.
Anstatt mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 1 könnten die abtriebsseitig von der zweiten Kupplung KVM angeordneten Elemente auch mit Elementen der Nebenaggregatantriebe nach den Figuren 4 oder 6 kombiniert werden .
In Figur 9 ist ein erfindungsgemäßer Nebenaggregatantrieb mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 4 dargestellt, wobei der Planetenradträger PT und somit die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors VM über eine zweite Kupplung KVM mit einem dritten Hohlrad TH eines Triebstrangplanetengetriebes TP verbindbar ist. Der Planetenradträger PT könnte auch mit einem anderen Element des Triebstrangplanetengetriebes TP verbindbar sein, jedoch würden sich dann weniger vorteilhafte übersetzungsverhältnisse ergeben .
Durch einen dritten Freilauf FV2 , der mit dem dritten Hohlrad TH verbunden ist, ist eine Drehung des dritten Hohlrads TH gegenüber einem Gehäuseteil nur in eine Drehrichtung möglich.
Eine zweite Elektromaschine EM2 ist mit einem Sonnenrad TS des Triebstrangplanetengetriebes TP verbunden. Ein Planetenradträger TPT des Triebstrangplanetengetriebes TP ist mit der Getriebeeingangswelle GE des Fahrgetriebes G verbunden.
Des Weiteren ist der Planetenradträger TPT und damit die Getriebeeingangswelle GE durch eine dritte Kupplung KEG
direkt mit dem Sonnenrad TS und damit mit der zweiten Elektromaschine EM2 koppelbar.
Somit ergibt sich bei geöffneter dritter Kupplung KEG und geöffneter zweiter Kupplung KVM die Möglichkeit, das Kraftfahrzeug rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine EM2 mit einer übersetzung durch das Triebstrangplanetengetriebe TP anzutreiben. Wobei hierbei das mindestens eine Nebenaggregat AG durch die erste Elektromaschine EMI oder den Verbrennungsmotor VM angetrieben werden kann.
Ebenso ist es bei geöffneter dritter Kupplung KEG und geschlossener zweiter Kupplung KVM möglich, das Kraftfahrzeug mit einer stufenlosen übersetzung antreibbar. Hierbei ist die Drehzahl der Getriebeeingangswelle GE durch die Drehzahlen der zweiten Elektromaschine EM2 und des Verbrennungsmotors VM steuerbar. In diesem Modus ist ebenfalls eine Geared Neutral Funktion möglich, bei der die Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM und der zweiten Elektromaschine EM2 derart eingestellt werden, dass die Drehzahl der Getriebeeingangswelle GE Null ist und das Kraftfahrzeug somit steht.
Bei geschlossener dritter Kupplung KEG und geöffneter zweiter Kupplung KVM kann das Kraftfahrzeug rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine EM2 ohne übersetzung angetrieben werden .
Bei geschlossener dritter Kupplung KEG und geschlossener zweiter Kupplung KVM weisen die Getriebeeingangswelle GE, der Verbrennungsmotor VM und die zweite Elektromaschine EM2 die gleiche Drehzahl auf, wobei ein Antrieb des Kraftfahrzeuges
durch den Verbrennungsmotor VM und/oder die zweite Elektromaschine EM2 möglich ist.
Bei sämtlichen zuvor beschriebenen Antriebsmodi ist es auch möglich, eine oder beide Elektromaschinen EMI, EM2 generatorisch zu betreiben.
Anstatt mit den Elementen des Nebenaggregatantriebs nach Figur 4 könnten die abtriebsseitig von der zweiten Kupplung KVM angeordneten Elemente auch mit Elementen der Nebenaggregatantriebe nach den Figuren 1 oder 6 kombiniert werden .
Next Patent: INTERNAL COMBUSTION ENGINE