Antriebsstrang eines Fahrzeuges

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges und ein Verfahren zum Betreiben dieses Antriebsstranges und insbesondere eine Getriebe-Motor-Anordung.

Um den Verbrauch eines Verbrennungsmotors zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn der Verbrennungsmotor für eine konstante Last bzw. für einen relativ schmalen Leistungsbereich ausgebildet werden könnte, so dass eine entsprechende Optimierung ermöglicht wäre. Bei bekannten Antriebsanordnungen für Fahrzeuge ist dies aber regelmäßig nicht umsetzbar.

In der DE 3 145 381 A1 wird eine Getriebe-Motor-Anordnung zur Kraftstoffeinsparung offenbart, bei der ein einzelner Verbrennungsmotor auf zwei oder mehrere eigenständige Teilverbrennungsmotoren aufgeteilt wird, indem die Kurbelwelle auf zwei oder mehrere Kurbelwellenteile aufgeteilt wird, welche abhängig vom gewünschten Drehmoment zuschaltbar ausgebildet sind.

Eine solche Getriebe-Motor-Anordnung zur Kraftstoffeinsparung ist auch in Figur 4 angegeben, welche eine geteilte Kurbelwelle mit den Kurbelwellenteilen 1 und 2 zeigt, wobei der Kurbelwellenteil 1 zum Kurbelwellenteil 2 über die Kupplung 3 zuschaltbar ist. In einem ersten, niedrigen Lastbereich kann dieser Getriebe-Motor-Anordnung also mit dem den Kurbelwellenteil 2 enthaltenen Motor 4 betrieben werden. Das von diesem Motor 4 erzeugte Drehmoment wird über die Hauptkupplung 5 an eine Getriebeeingangswelle 7 eines Getriebes 6 übertragen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Übersetzungsstufe wird dieses Drehmoment an die Getriebeausgangswelle 8 weitergeleitet.

Bei erhöhter Leistungsanforderung kann der Motor 9 über die Kupplung 3 zugeschaltet werden, wobei das Summenmoment der Motoren 4 und 9 über die Hauptkupplung 5 an das Getriebe 6 übertragen wird.

Der wesentliche Vorteil einer solchen Aufteilung eines Motors auf zwei oder ggf. mehrere eigenständige Motoren 4, 9 ist, dass diese Motoren 4, 9 bei einem besseren spezifischen Verbrauch betrieben werden können. In der Tabelle gemäß Figur 3 ist ein Verbrauchsvergleich verschiedener Motoren abhängig von jeweils zwei verschiedenen Nennleistungen angegeben. Wie diesen Beispielen entnehmbar steigt ein Verbrauch der einzelnen Verbrennungsmotoren mit deren Leistungsabgabe (Nennleistung) an. Dies bedeutet, dass ein Verbrauchsvorteil bei Verwendung mehrerer kleinerer Verbrennungsmotoren nach dem Konzept gemäß Figur 4 umso stärker ist, als das Fahrzeug übermotorisiert ist. Dieser Effekt tritt bei den heute genutzten Fahrzeugen verstärkt auf, da bei heutigen Durchschnittsfahrzeugen die durchschnittlich abgerufene Leistung um mehr als den Faktor 10 unter der installierten Leistung liegen kann.

Diese in Figur 3 gezeigte Getriebe-Motor-Anordnung zur Kraftstoffeinsparung mit im Motor geteilter Kurbelwelle und Abgabe des erzeugten Drehmomentes über einen Anschluss in das Getriebe weist allerdings einen eher komplexen Aufbau auf. In Verbindung mit einem Doppelkupplungsgetriebe würde man drei Kupplungen benötigen, wodurch ein Aufwand und die dadurch entstehenden Kosten sowie der notwendige Bauraum gegenüber herkömmlichen Systemen erhöht ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebe-Motor-Anordnung zur Kraftstoffeinsparung anzugeben mit der Aufwand, Kosten und Bauraum reduziert werden können gegenüber dem vorstehend beschriebenen bekannten Stand der Technik.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Getriebe-Motor-Anordnung mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einer gemeinsamen Getriebeausgangswelle, wobei eine erste Antriebseinheit mit einer ersten Getriebeeingangswelle über eine erste Kupplung und eine zweite Antriebseinheit mit einer zweiten Getriebeeingangswelle über eine zweite Kupplung verbindbar sind, und wobei die erste Getriebeeingangswelle mit der Getriebeausgangswelle ein erstes Teilgetriebe und die zweite Getriebeeingangswelle mit der Getriebeausgangswelle ein zweites Teilgetriebe bilden, und ein von der ersten Antriebseinheit erzeugtes Moment und ein von der zweiten Antriebseinheit erzeugtes Moment unabhängig voneinander in die gemeinsame Getriebeausgangswelle einleitbar und dort zu einem Summenmoment kombinierbar sind.

Der erfindungsgemäße Doppelmotor mit Getriebe beinhaltet bei Teillast einen deutlich besseren Betriebspunkt, da die für das Summenmoment theoretisch notwendige Antriebsmaschine in zwei eigenständige Maschinen aufgeteilt ist, welche unabhängig voneinander Dreh- momente erzeugen können, welche dann jeweils über ein Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes an den gemeinsamen Getriebeausgang übertragbar sind. Die dadurch entstehenden Verbrauchsvorteile dieser Doppelmotoranordnung mit Getriebe können wiederum der exemplarischen Tabelle in Figur 3 entnommen werden.

Vorliegend ist also vorgesehen, ein Lastschaltgetriebe mit zwei Eingängen einzusetzen und jeden der Eingänge mit einer eigenständigen Antriebseinheit (Verbrennungsmotor und/ oder Elektromotor) zu verbinden. Auf diese Weise ist es möglich, beide Antriebseinheiten abwechselnd oder gleichzeitig zu betreiben. Dadurch ist es ermöglicht, je nach Last diese Antriebseinheiten in einem besseren spezifischen Verbrauchspunkt zu fahren und damit den Verbrauch um 10% bis 30% zu senken. Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Kurbelwellentrennung spart man jedenfalls eine Kupplung ein und eine Doppelkupplung kann durch zwei kleinere Einfachkupplungen für das halbe Motormoment ersetzt werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das erste Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes die ungeraden Gänge und das zweite Teilgetriebe die geraden Gänge auf.

Vorzugsweise sind die jeweils kleinsten Übersetzungsstufen in beiden Teilgetrieben in ihrer Übersetzung nahe bei einander, damit in Betriebszuständen, bei denen beide Antriebseinheiten in Betrieb sind, insbesondere bei schweren Anfahrten, die Verlustenergie auf beiden Kupplungen verteilbar ist. Bei der vorliegenden Getriebe-Motor-Anordnung können die erste Antriebseinheit und/oder die zweite Antriebseinheit Verbrennungsmotoren und/oder Elektromotoren sein. Hierbei kann zwischen Verbrennungsmotor und Teilgetriebe eine Kupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung mit trockenem Reibeingriff, angeordnet sein. Im Falle, dass beide Antriebseinheiten Verbrennungsmotoren sind, können die beiden Verbrennungsmotoren einen gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine der beiden Antriebseinheiten als Verbrennungsmotor ausgebildet, wobei zwischen diesen Verbrennungsmotor und dem zugehörigen Teilgetriebe eine Kupplung, insbesondere eine Einfachkupplung mit trockenem Reibeingriff, angeordnet ist, und wobei die andere der beiden Antriebseinheiten ein Elektromotor ist.

Es ist desweiteren vorteilhaft, wenn zumindest eine der Antriebseinheiten als eine Gruppe aus einem Verbrennungsmotor und einem E-Motor ausgebildet ist. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor bzw. sind die Verbrennungsmotoren (je nachdem welches der vorstehenden Ausführungsvarianten gewählt wird) als Zwei-Zylinder-Boxer-Motor bzw. Zwei-Zylinder-Boxer-Motoren ausgebildet ist bzw. sind.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit als Elektromotoren ausgebildet, welche unmittelbar mit den zugehörigen Getriebeeingangswellen innerhalb der einzelnen Teilgetriebe verbunden sind.

Die vorstehende Getriebe-Motor-Anordnung ist bevorzugt bei automatisierten Schaltgetrieben oder automatischen Getrieben verwendbar.

Bei Handschaltgetrieben kann (alternativ zur vorstehenden Getriebe-Motor-Anordnung) die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst werden durch eine Getriebe-Motor-Anordnung mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem Handschaltgetriebe, mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle, wobei die erste,Antriebsein- heit mit der Getriebeeingangswelle über eine erste Kupplung und eine zweite Antriebseinheit mit der Getriebeeingangswelle über eine zweite Kupplung verbindbar sind, und wobei ein von der ersten Antriebseinheit erzeugtes Moment und ein von der zweiten Antriebseinheit erzeugtes Moment unabhängig voneinander in die gemeinsame Getriebeeingangswelle einleitbar und dort zu einem Summenmoment kombinierbar sind.

Auch bei dieser alternativen Getriebe-Motor-Anordnung ist das Getriebe mit zwei Eingängen versehen, welche jeweils mit einem eigenständigen Motor (Verbrennungs- und/oder Elektromotor) verbunden sind, so dass auch in dieser Ausbildung ermöglicht ist, beide Motoren abwechselnd oder gleichzeitig zu betreiben. Entsprechend ist wiederum der vorstehende Verbrauchsvorteil realisierbar. Wiederum können beispielsweise zwei kleine Einfachkupplungen für das halbe Moment verwendet werden, so dass Aufwand/Kosten und Bauraum gegenüber der bekannten Kurbelwellentrennung reduziert werden können.

Die vorstehende Aufgabe wird verfahrenstechnischer Sicht gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Getriebe-Motor-Anordnung, bei dem die Antriebseinheiten bei Teillast wechselseitig bzw. nur eine der Antriebseinheiten betrieben wird und die Antriebseinheiten bei Volllast gemeinsam betrieben werden. Während einer Schaltung zwischen einzelnen Übersetzungs- stufen der Teilgetriebe kann das Moment an der Antriebseinheit, die im Kraftfluss bleibt, kurzfristig erhöht werden, um eine Zugkraftreduzierung zu vermeiden bzw. diese zu verringern.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert.

In diesen zeigen:

Figur 1 Eine Getriebe-Motor-Anordnung mit zwei Zwei-Zylinder-Boxer-Motoren mit einem Lastschaltgetriebe (Doppelkupplungsgetriebe),

Figur 2 eine Getriebe-Motor-Anordnung mit zwei Zwei-Zylinder-Boxer-Motor mit Handschaltgetriebe,

Figur 3 ein Verbrauchsvergleich verschiedener Motoren und

Figur 4 einen Boxer-Motor mit Kurbelwellenkupplung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem Doppelkupplungsgetriebe (d.h. mit einem Doppelmotor mit Getriebe) ist in Figur 1 gezeigt.

Diese Getriebe-Motor-Anordnung umfasst eine erste Antriebseinheit 10, die vorliegend als Zwei-Zylinder-Boxer-Motor 10 ausgebildet ist. Da ein derartiger Zwei-Zylinder-Boxer-Motor an sich bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung dieses Beispiels der Antriebseinheit verzichtet.

Die vorliegende Getriebe-Motor-Anordnung umfasst zudem eine zweite Antriebseinheit 11 , welche vorliegend wiederum als Zwei-Zylinder-Boxer-Motor ausgebildet ist.

Diese bevorzugte Verwendung zweier Zwei-Zylinder-Boxer-Motoren ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr sind auch andere Verbrennungsmotoren bzw. Elektromotoren bzw. Kombinationen aus Verbrennungsmotoren und Elektromotoren als erste Antriebseinheit 10 und/oder als zweite Antriebseinheit 11 verwendbar. Der Boxer-Motor 10 ist über die Kupplung 11 mit einer Getriebeeingangswelle 14 eines Teilgetriebes 13 verbindbar. Die Antriebseinheit 11 ist über die Kupplung 12 mit einer Getriebeeingangswelle 16 eines zweiten Teilgetriebes 15 verbindbar.

Dementsprechend sind beide Teilgetriebe 13, 15 des Lastschaltgetriebes über die Kupplungen 11, 12 mit je einer Antriebsmaschine 10, 11 verbindbar. Als Antriebsmaschinen können jeweils Verbrennungsmotoren und/oder Elektromotoren vorgesehen sein. Sind für beide der ursprünglich betreibbaren Antriebseinheiten Verbrennungsmotoren vorgesehen, so können diese einen gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen, wodurch auf einfache Weise eine einzustellende Betriebstemperatur sichergestellt werden kann.

Ist bereits ein Elektromotor vorhanden, so kann dieser auch als Anlasser für beide Verbrennungsmotoren verwendet werden. Sind keine Elektromotoren vorgesehen, so kann ein Anlassermotor an einem der Verbrennungsmotoren angeordnet und als Anlasser für beide Verbrennungsmotoren verwendet werden.

Ist als Antriebsmaschine bzw. sind als Antriebsmaschinen Verbrennungsmotoren vorgesehen, so ist die Verwendung der Kupplungen 11, 12 notwendig, wobei diese jeweils als Einfachkupplung ausgebildet sein kann. Werden als Antriebseinheiten Elektromaschinen verwandt, so können diese auch ohne Kupplung unmittelbar an die Getriebeeingangswellen 14, 16 angebaut werden.

Vorliegend sind die ungeraden Gänge 1 , 3, 5, 7 im Teilgetriebe 13 und die geraden Gänge 2, 4, 6, 8 in dem anderen Teilgetriebe 15 angeordnet, wobei eine Anzahl der Gänge frei an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar ist.

Vorliegend liegen die beiden ersten Gänge 1 und 2 in ihrer Übersetzung nahe bei einander, damit gerade bei schweren Anfahrten die Verlustenergie auf beide (vorzugsweise als Einfachkupplung ausgebildete) Kupplung verteilt werden kann, wenn beide Antriebseinheiten in Betrieb sind.

Beide Teilgetriebe 13, 15 und beide Anfahrkupplungen 11 , 12 sind vorliegend für jeweils eine Antriebseinheit (also vorliegend den Zwei-Zylinder-Boxer-Motor) ausgelegt, wohingegen der Getriebeausgang (d.h. die Getriebeausgangswelle 17 sowie das Differential 18) für das Summenmoment beider Antriebseinheiten ausgelegt wird. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall können auch mehr als zwei Getriebeeingänge bzw. mehr als zwei Antriebseinheiten verwendet werden.

Die Antriebseinheiten 10, 11 werden bei Teillast vorzugsweise wechselseitig und bei Volllast gemeinsam betrieben.

Vorzugsweise wird während der Schaltung das an dem im Kraftfluss bleibenden Motor erzeugte Moment kurzfristig erhöht, um eine Zugkraftreduzierung zu vermeiden bzw. diese zu reduzieren.

Die Antriebseinheit 10, 11 können auch unterschiedliche Leistungen aufweisen.

Gemäß dem weiteren in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Getriebe-Motor- Anordnung, welche gerade für Handschalter bzw. Handschaltgetriebe verwendbar ist, ist wiederum eine erste Antriebseinheit 10 und eine zweite Antriebseinheit 11 vorgesehen, welche vorliegend als Zwei-Zylinder-Boxer-Motoren ausgebildet sind. Die Antriebseinheiten 10, 11 können über die Kupplungen (vorzugsweise Einfachkupplungen 11, 12) mit einer gemeinsamen Getriebeeingangswelle 20 verbunden werden. Zwischen dieser gemeinsamen das Summenmoment der Antriebseinheiten 10, 11 aufsummierenden Getriebeeingangswelle und einer gemeinsamen Getriebeausgangswelle 21 sind mehrere Gangstufen angeordnet. Über ein Ausgangszahnrad ist die Getriebeausgangswelle mit einem Differential 22 verbunden.

Folglich umfasst das Doppelkupplungsgetriebe nach Figur 2 eine für beide Antriebseinheiten gemeinsame Eingangswelle 20 und eine gemeinsame Ausgangswelle 21 , wobei die gemeinsame Getriebeeingangswelle 20 mit zwei Kupplungen 11, 12 verbindbar ist. Dementsprechend weist auch das Doppelkupplungsgetriebe nach Figur 2 zwei Getriebeeingänge auf, obwohl nur eine gemeinsame Getriebeeingangswelle vorgesehen ist. Sämtliche weiteren Merkmale wie vorstehend in Zusammenhang mit Figur 1 diskutiert, sind auch für das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 anwendbar. Dementsprechend ist beiden Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 gemeinsam, dass eine Antriebsmaschine in zwei eigenständige Antriebseinheiten aufgeteilt ist und diese über ein Getriebe mit zwei Getriebeeingängen mit einem gemeinsamen Getriebeausgang verbunden ist, um im Vergleich zu einer Antriebsmaschine bei Teillast in einen besseren Betriebspunkt zu kommen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine der Antriebseinheiten bei Beschleunigungsvorgängen verwendet wird und diese zum Beschleunigung vorgesehene Antriebseinheit deutlich größer dimensioniert ist als für einen stationären Fahrbetrieb und wenn die kleiner dimensionierte Antriebseinheit im Bereich geringer Lasten verwendet wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Ansteuerung der beiden Motoren immer so, dass die Summenleistung dem Fahrerwunsch entspricht. Kann der eine Motor schon den Leistungsbedarf decken, so werden die Motoren vorzugsweise wechselseitig betrieben. Während der Schaltung kann (nicht: „muss") die Summenleistung erhöht werden, um die Kupplungsverluste auszugleichen. Dadurch wird die beim Stand der Technik unvermeidbare Leistungsreduzierung während der Schaltung vermieden.

Kann der Leistungswunsch des Fahrers durch einen Motor nicht mehr gedeckt werden, kann man die Steuerung der vorliegenden Getriebe mit dem von zwei parallel geschalteten 4-Gang ASG ^' s (Automatisierte Schaltgetriebe) vergleichen. Will der Fahrer z. B. 80% der Leistung, so werden die beiden Getriebehälften der vorstehend beschriebenen Getriebe jeweils eigenständig (mit Zugkraftunterbrechung) mit je 40 % Motorleistung betrieben. Da die Schaltpunkte für beide Getriebehälften vorzugsweise gleich gewählt werden, ergibt sich automatisch eine wechselnde Schaltfolge.

Bezugszeichenl iste

Kurbelwelle

Kurbelwelle

Kupplung

Motor

Hauptkupplung

Getriebe

Getriebeeingangswelle

Getriebeausgangswelle

Motor

Faktor

Antriebseinheit

Kupplung

Teilgetriebe

Getriebeeingangswelle zweites Teilgetriebe

Getriebeeingangswelle

Getriebeausgangswelle

Getriebeeingangswelle

Getriebeausgangswelle

Differential

Anlasser