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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft Fahrzeug-Kraftübertragungseinheiten
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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STAND DER TECHNIK
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Fahrzeug-Kraftübertragungseinheiten weisen
generell Antriebseinheiten- und
Kraftübertragungs-Untersysteme
auf. Kraftübertragungs-Untersysteme
für Fahrzeuge
weisen herkömmlicherweise ein
Hauptgetriebe und eine Kraftfahrzeug-Differentialgetriebevorrichtung
zum differentiellen Antreiben der beiden Antriebsräder auf.
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Um die Antriebseinheit effizient
an die bei einem Fahrzeug existierenden Erfordernisse einer variablen
Geschwindigkeit und eines variablen Antriebs koppeln zu können, besteht
Bedarf an einem Fahrzeug-Antriebsstrang, bei dem die Antriebseinheit
und das Antriebsgetriebe als integrierte Einheit stufenlos über den
vollen Betriebsbereich hinweg gesteuert werden können, so dass die Betriebseigenschaften des
Antriebsstrangs als Reaktion auf Befehlseingaben vom Fahrzeugführer adaptiv
und synergetisch optimiert werden können. Eine bevorzugte Komponente
eines derartigen adaptiv gesteuerten Antriebsstrangs besteht in
einem Getriebe, das in der Lage ist, die Antriebsenergie bei stufenlos
variabler Abtriebsgeschwindigkeit zu übertragen. Derartige Getriebe
lassen sich generell als stufenlos variable Getriebe bezeichnen.
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Zuvor vorgeschlagene stufenlos variable
Getriebe tendierten dazu, komplex, unzuverlässig und bei hohen Drehmoment-Belastungen
ineffezient zu sein. Hinsichtlich dieser und weiterer praktischer
Größen-, Gewichts-
und Kosten erwägungen
waren die bisher vorgeschlagenen stufenlos variablen Getriebe typischerweise
unzureichend geeignet für
die Verwendung in Fahrzeug-Antriebssträngen. Somit besteht Bedarf
an einem effizienten, kompakten und zuverlässigen stufenlos variablen
Getriebe, das in Fahrzeug-Antriebssträngen verwendbar ist.
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Die nächstkommende Veröffentlichung
im Stand der Technik, FR-A-532 471, beschreibt ein System, bei dem
eine differentielle Geschwindigkeitsvariation durch Planetengetriebe
realisiert ist. Bei einem Getriebe für differentielle variable Geschwindigkeit
beginnt die Übertragung
mittels stationärer
Wellen und Zahnräder
relativ zur der Drehung einer Abtriebswelle oder -achse. Die Drehkräfte der Zahnräder werden über externe
Kronräder übertragen,
und die Transmissionskräfte
werden über
einen Innenzahnkranz radial zur Mitte hin auf (innerhalb des Zahnkranzes
angeordnete) Planetenräder
und dann auf ein (innerhalb der Planetenräder angeordnetes) Sonnenrad übertragen,
das seinerseits an der Achse befestigt ist. Bei der beschriebenen
Konfiguration wird der gesamte Innenraum der Vorrichtung verwendet,
und es wird ein einzelner Antriebskraft-Abtrieb über die Achse erzeugt.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung schafft eine Fahrzeug-Kraftübertragungseinheit
nach Anspruch 1 und den abhängigen
Ansprüchen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform
wird eine Kraftübertragungseinheit
geschaffen, die ein äußeres Hauptgetriebe
und ein inneres Differentialgetriebe aufweist, wobei das Hauptgetriebe
zwei drehbare Antriebsvorrichtungen aufweist, die betriebsmäßig derart
mit einer drehbaren Abtriebsvorrichtung verbunden sind, dass die
Drehgeschwindigkeit der Abtriebsvorrichtung proportional zum algebraischen Mittelwert
der Drehgeschwindigkeiten der beiden Antriebsvorrichtungen variieren
kann, wobei das Differentialgetriebe innerhalb des Hauptgetriebes
angeordnet ist und eine drehbare Antriebsvor richtung aufweist, die
betriebsmäßig mit
zwei differentiell drehbaren Abtriebsvorrichtungen verbunden ist,
wobei die Abtriebsvorrichtung des Hauptgetriebes und die Antriebsvorrichtung
des Differentialgetriebes betriebsmäßig verbunden sind.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform
wird ein stufenlos über
einen vorbestimmten Betriebsbereich hinweg steuerbarer Fahrzeug-Antriebsstrang geschaffen,
der versehen ist mit:
zwei Antriebseinheiten;
einer Kraftübertragungseinheit,
die ein äußeres Hauptgetriebe
und ein inneres Differentialgetriebe aufweist;
wobei das Hauptgetriebe
zwei drehbare Antriebsvorrichtungen aufweist, die jeweils betriebsmäßig mit
einer Antriebseinheit verbunden sind, um Drehenergie zu empfangen,
wobei die beiden Antriebsvorrichtungen betriebsmäßig derart mit einer drehbaren
Abtriebsvorrichtung verbunden sind, dass die Drehgeschwindigkeit
der Abtriebsvorrichtung proportional zu dem algebraischen Mittelwert
der Drehgeschwindigkeiten der beiden Antriebsvorrichtungen variieren kann;
wobei
das Differentialgetriebe innerhalb des Hauptgetriebes angeordnet
ist und eine drehbare Antriebsvorrichtung aufweist, die betriebsmäßig mit
zwei differentiell drehbaren Abtriebsvorrichtungen verbunden ist,
wobei die Abtriebsvorrichtung des Hauptgetriebes und die Antriebsvorrichtung
des Differentialgetriebes betriebsmäßig verbunden sind,
ferner
mit einer Steuereinrichtung mit einer Einrichtung zum Empfangen
von Befehls-Eingaben und einer Einrichtung zum Bestimmen auf den
Betrieb des Antriebsstrangs bezogener Betriebsparameter, wobei zu
den Betriebsparametern die Last an jeder der beiden Antriebseinheiten,
die Drehgeschwindigkeiten jeder der beiden Antriebsvorrichtungen
des Hauptgetriebes, die Last an jeder der beiden Abtriebsvorrichtungen
des Differentialgetriebes, und die Drehgeschwindigkeiten jeder der
beiden Abtriebsvorrichtungen des Differentialgetriebes zählen;
wobei
die Steuereinrichtung eine Rückkopplungssteuerung
mit geschlossener Regelschleife durchführt, um die Leistungsparameter
als Reaktion auf den Befehls-Eingang kontinuierlich zu überwachen, zu
analysieren und einzustellen.
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Die beiden Antriebseinheiten weisen
jede gleichartige oder ungleichartige Kombination von Motoren aus
dem Bereich herkömmlicher
Typen von Verbrennungsmotoren, zu denen Otto-Taktmotoren, Dieselmotoren,
Umlaufmotoren und Gasturbinenmotoren zählen, oder herkömmlicher
Typen von Elektromotoren auf. Die Otto- und Diesel-Verbrennungsmotoren
werden bevorzugt, da sie etablierte Technologien repräsentieren,
bei denen die Herstellungskosten relativ niedrig sind. Vorteilhafterweise
sind die beiden Antriebseinheiten derart angeordnet, dass ihre Drehkraftantriebsvorrichtungen,
wie z. B. Kurbelwellen im Fall von Verbrennungsmotoren, koaxial
in endseitiger Gegenüberlage
angeordnet sind. Vorteilhafterweise drehen sich die Drehkraftabtriebsvorrichtungen
der beiden Antriebseinheiten beide in der gleichen Richtung relativ
zu der Kraftübertragungseinheit.
Vorzugsweise ist mindestens eine der Drehkraftabtriebsvorrichtungen
der beiden Antriebseinheiten durch eine Kupplungsvorrichtung selektiv
betriebsmäßig mit
einer Antriebsvorrichtung des Hauptgetriebes verbunden. Diese betätigbare
Verbindung kann auch eine Zahnrad-, Ketten-, Riemen oder Direkt-Motorantriebswellen-Verbindungsvorrichtung
sein. Die beiden Antriebseinheiten können zweckmäßigerweise von einem gemeinsamen
Gehäuse
umgeben sein.
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Der Antriebsstrang bei dieser Erfindung
ermöglicht
eine Optimierung der Antriebseinheiten-Konfiguration für unterschiedliche
Anwendungsfälle.
Beispielsweise kann eine Antriebseinheit als Elektromotor mit konstanter
Geschwindigkeit und die andere Antriebseinheit als Verbrennungsmotor
vorge sehen sein, um einen Hybrid mit niedriger Verschmutzung zu
erzeugen. Bei weiteren möglichen Konfigurationen
kann eine der Antriebseinheiten zum Erfüllen von Spitzen-Kraftbedarf
und/oder zum Durchführen
eines regenerativen Bremsvorgangs verwendet werden.
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Das Hauptgetriebe der Kraftübertragungseinheit
weist vorteilhafterweise einen Zahnrad-Strang auf. Vorzugsweise
weisen die beiden Antriebsvorrichtungen des Hauptgetriebes ein erstes Kegelzahnrad
und eine epizyklische Getriebevorrichtung auf, die koaxial zur Drehung
um eine erste Achse angeordnet ist. Vorteilhafterweise weist die
epizyklische Getriebevorrichtung einen ringförmigen Ritzelträger auf,
mittels dessen innen angeordnete epizyklische Kegel-Ritzelräder mit
rechtwinklig zu der ersten Achse verlaufenden Achsen drehbar gehalten sind.
Zweckmäßigerweise
sind das erste Kegelzahnrad und der ringförmige Ritzelträger jeweils
einzeln mit Drehkraftquellen, wie z. B. mit den beiden Antriebseinheiten,
betriebsmäßig verbindbar.
Vorzugsweise weist die Abtriebsvorrichtung des Hauptgetriebes ein
zweites Kegelzahnrad auf, das koaxial mit dem ersten Kegelzahnrad
und der epizyklischen Getriebevorrichtung zur Drehung um die erste
Achse angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die epizyklische Getriebevorrichtung
zwischen den ersten und zweiten Kegelzahnrädern angeordnet, wobei die
epizyklischen Kegel-Ritzelräder
mit den ersten und zweiten Kegelzahnrädern kämmen. Das Hauptgetriebe weist wie
beschrieben ein stufenlos variables Getriebe auf, wobei sich die
Abtriebsgeschwindigkeit (die Drehgeschwindigkeit des zweiten Kegelzahnrads)
proportional zu der Summe oder Differenz der beiden Antriebsgeschwindigkeiten
(den Drehgeschwindigkeiten des ersten Kegelzahnrads und der epizyklischen Getriebevorrichtung)
verhält.
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Vorzugsweise weist die Antriebsvorrichtung des
Differentialgetriebes der Kraftübertragungseinheit
Differential-Kegelritzelräder
auf, die radial derart innerhalb des Hauptgetriebes angeordnet sind,
dass sie sich um rechtwinklig zu den ersten Achsen verlaufende Achsen
drehen. Vorteilhafterweise weist die Abtriebsvorrichtung des Differentialgetriebes
zwei Differential- Kegel-Seitenzahnräder auf,
die koaxial mit den Differential-Ritzelrädern kämmend derart angeordnet sind,
dass sie sich um die erste Achse drehen.
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Vorzugsweise ist in den ersten und
zweiten Kegelzahnrädern
des Hauptgetriebes jeweils eine zentral ausgebildete und axial verlaufende Öffnung vorgesehen.
Vorzugsweise sind die beiden Differential-Seitenzahnräder des
Differentialgetriebes an einander gegenüberliegenden Enden zweier koaxial ausgerichteter
Kraftabtriebsteile, wie z. B. Halbachsen, zentral angeordnet, die
sich axial auswärts durch
die in den ersten und zweiten Kegel-Ritzelrädern des Hauptgetriebes ausgebildeten Öffnungen axial
nach außen
erstrecken und betriebsmäßig mit Antriebsrädern verbunden
sind.
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Vorteilhaferweise ist das Hauptgetriebe durch
einen Ausgleichsrahmen, der mit dem zweiten Kegelzahnrad des Hauptgetriebes
verbunden ist und der die Ausgleichs-Ritzelräder des Differentialgetriebes
trägt,
betriebsmäßig mit
dem Differentialgetriebe verbunden. Das Differentialgetriebe hat
wie beschrieben die Funktionalität
eines herkömmlichen
Automobil-Funktionalgetriebes. Diese Konfiguration ist von besonderem
Vorteil für
die Verwendung mit Antriebseinheiten wie z. B. mit Hohlwellen versehenen
echten Drehmotoren oder -turbinen des "Pfannkuchen"-Typs, die an jeder Seite des Getriebes
angeordnet sind, wobei die Abtriebswellen durch den jeweiligen Motor
hindurchverlaufen, um einen extrem einfachen, kompakten und leichtgewichtigen
Antriebsstrang zu bilden.
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Wenn die Antriebseinheiten Otto-Motoren oder
Dieselmotoren aufweisen, ist die Energieübertragungseinheit zweckmäßigerweise
zentral unter den beiden Antriebseinheiten angeordnet. Wenn die Antriebseinheiten
Umlauf-, Gasturbinen- oder Elektromotoren aufweisen, kann die Energieübertragungseinheit
zweckmäßigerweise
mittig zwischen den beiden Antriebseinheiten angeordnet sein, wobei die
Energieabtriebsteile durch die Mitte der hohlen Rotor- oder Turbinenwellen
verlaufen. Ferner kann das Gehäuse
der Energieübertragungseinheit
einstückig
mit dem gemeinsamen Gehäuse
der beiden Antriebseinheiten ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise kann der Verbrennungsmotor
geteilt sein, so dass separate Kurbelwellen vorhanden sind, welche
die beiden Antriebseinheiten bilden. Ein Hauptvorteil dieser Anordnung
besteht darin, dass bei dem geteilten Motor zahlreiche gemeinsame
Hilfskomponenten verwendet werden können.
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Bei einigen Anwendungsfällen kann
eine Schwungradanordnung als Vorrichtung zum Speichern kinetischer
Energie verwendet werden. Das Schwungrad kann mit einer der beiden
Antriebseinheiten verbunden sein oder nicht. Die Schwungradanordnung
kann zur Übermittlung
zusätzlicher
Energie zu Zeiten von Spitzen-Bedarf verwendet werden und/oder zum
Durchführen
eines regenerativen Bremsvorgangs verwendet werden.
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Bei der oben beschriebenen Energieübertragungseinheit
sind zweckmäßigerweise
die Funktionalitäten
des Hauptgetriebes und der Differential-Getriebevorrichtung derart
integriert miteinander kombiniert, dass die Antriebs-Drehkraft mit
stufenlos variierbaren Abtriebsgeschwindigkeiten differentiell auf die
beiden Drehkraft-Abtriebseinheiten übertragen werden kann.
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Die Steuereinrichtung weist vorteilhafterweise
eine Mikroprozessoreinrichtung zum Empfangen von Befehls-Eingaben,
z. B. vom Fahrer, und mehrere Eingangs-/Ausgangs-Interface-Einrichtungen
auf, um die Betriebsparameter des Fahrzeug-Antriebsstrangs durch
Rückkopplungssteuerung
mit geschlossener Regelschleife zu steuern. Die mehreren Eingangs-/Ausgangs-Interface-Einrichtungen
weisen vorteilhafterweise mehrere Hochleistungssensoren auf, um
Daten, welche die Betriebsparameter des Antriebsstrangs betreffen,
zu überwachen,
zu analysieren und zu übertragen.
Vorzugsweise zählen
zu den von der Mikroprozessoreinheit kontinuierlich gesteuerten
Betriebsparametern ferner derartige Betriebsparameter, die spezifisch
für den
Typ oder die Typen von Antriebseinheiten ausgelegt sind, welche den
Fahrzeug-Antriebsstrang bilden. Beispielsweise können, wenn die beiden Antriebseinheiten
mindestens einen Verbrennungs-Kolbenmotor aufweisen, die von der
Mikroprozessoreinheit stufenlos gesteuerten Betriebsparameter ferner
Betriebsparameter enthalten, die spezifisch für jeden Verbrennungs-Kolbenmotor ausgelegt
sind, wie z. B. Verteilerrohr-Ladedruck, Motor-Drehmoment, Motor-Drehzahl,
Kraftstoffgemisch, Zünd-Zeitsteuerung,
Ventil-Zeitsteuerung,
Geometrie des Verteilerrohrs mit variablem Einlass, Verbrennungskammer-Bedingungen,
Verdichtungsverhältnis
und Abgas-Chemie.
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Bei Betrieb führt die Mikroprozessor-Steuereinheit
vorteilhafterweise eine Rückkopplungssteuerung
mit geschlossener Regelschleife durch, um auf eine Befehls-Eingabe
vom Fahrer hin die Betriebsparameter kontinuierlich zu überwachen,
zu analysieren und synergetisch einzustellen. Insbesondere reagiert
die Mikroprozessor-Steuereinheit vorteilhafterweise adaptiv auf
eine Befehls-Eingabe und/oder eine Analyse die Betriebsparameter
betreffenden Daten und steuert zwecks Erfüllung der Betriebserfordernisse
kontinuierlich die endgültige
Abtriebsgeschwindigkeit und Energie des Antriebsstrangs durch synergetisches
Einstellen der Betriebsparameter einschließlich der Relativgeschwindigkeiten
der beiden Kraft-Antriebsvorrichtungen und der Last-Teilung zwischen
den beiden Antriebseinheiten.
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Vorteilhafterweise ist die Mikroprozessor-Steuereinheit
derart mit einem Betriebs-Algorithmus programmierbar, dass sie die
gesteuerten Betriebsparameter kontinuierlich entsprechend dem Algorithmus
einstellt, um die Leistung des Antriebsstrangs zu optimieren. Beispielsweise
kann die Mikroprozessor-Steuereinheit zum Optimieren der Effizienz
des Antriebsstrangs programmierbar sein, wobei in diesem Fall die
Mikroprozessor-Steuereinheit auf eine Befehls-Eingabe vom Fahrer
des Fahrzeugs hin die Betriebsparameter jeder der beiden Antriebseinheiten
kontinuierlich überwacht,
analysiert und einstellt, um die Effizienz der beiden Antriebseinheiten
innerhalb von Spitzenbereichen aufrechtzuerhalten und dabei gleichzeitig
die Last-Verteilung
zwischen den beiden Antriebseinheiten kontinuierlich zu überwachen
und einzustellen, um zur Erfüllung
der Betriebs-Anforderungen die endgültige Abtriebsgeschwindigkeit
und Kraft des Getriebes synergetisch zu steuern. In dieser Weise
kann eine Effizienz der Gesamt-Antriebseinheit über einen weiten Bereich unterschiedlicher
Betriebsbedingungen erreicht werden.
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Es ist ersichtlich, dass, wenn die
beiden Antriebseinheiten mindestens einen Verbrennungsmotor-Typ
aufweisen, eine signifikante Verbesserung der Kraftstoffnutzung
und entsprechende signifikante Reduzierungen der Abgasemission erzielt
werden können.
Ferner wird ersichtlich sein, dass zum Optimieren der Effizienz
der Gesamt-Antriebseinheit bei beiden Antriebseinheiten eine Kombination
aus ungleichartigen Antriebseinheiten-Typen aufweisen können, wie
z. B. einen Umlauf- oder Gasturbinen-Motor und einen Dieselmotor,
oder einen Otto-Taktmotor und einen Elektromotor, die jeweils Spitzen-Effizienzen
während
unterschiedlicher, jedoch komplementärer Bereiche von Betriebsbedingungen haben.
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Vorteilhafterweise ist bei denjenigen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit einem Verbrennungsmotor
angewandt werden, eine Verbrennungskammer und/oder Vorverbrennungskammer
mit variablem Vorschub vorgesehen. Aus noch darzulegenden Gründen ermöglicht die
Einbeziehung einer Verbrennungskammer und/oder Vorverbrennungskammer
mit variablem Vorschub ein kontinuierliches Steuern der relevanten
Betriebsparameter der Verbrennungsmotoren dahingehend, dass die
Kraftstoff-Effizienz und die Umweltverschmutzungskontrolle optimiert
werden. Insbesondere brennt bei einem Verbrennungsmotor die gezündete Kraftstoff-/Luft-Mischung
in einer Flammenfront, die sich bis zum Umfang des begrenzten Raums
des Zylinders fortsetzt. Die expandierten Gase, die erzeugt werden,
drücken
den Kolben vom Zylinderkopf weg, so dass die Kurbelwelle gedreht und
ein Krafthub erzeugt wird. Wenn sich der Kolben von den expandierenden
Gasen weg bewegt, vergrößert er
das Zylindervolumen. Je höher
das anfängliche
Zylinder-Verdichtungsverhältnis
ist, desto größer sind
die Verbrennungsrate sowie die entsprechende Expansionsrate und
die Notwendigkeit einer schnelleren Kolbengeschwindigkeit, was einer
höheren
Motor-Drehzahl gleichkommt. Bei einem Motor mit festgelegter Verdichtung
ist es zum Erreichen des optimalen Zylinderdrucks wünschenswert,
die Kolbengeschwindigkeit an die Rate anzupassen, mit der die Gase
expandieren, wodurch die beste Kraftstoff-Effizienz und die niedrigsten
Verschmutzungspegel erzielt werden. Mit bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung wird die Absicht verfolgt, die optimale Verdichtung und
die optimale Motor-Drehzahl zu ermöglichen, die mit den Energiepegel
koinzidieren, welche zum Aufrechterhalten der gewünschten
Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich sind. Wenn man die Funktion
eines Getriebes mit stufenlos variabler Geschwindigkeit zur Verfügung hat,
mit dem exakt die verlangte Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird, während die
optimale Kraftstoff-Verbrennungsrate beibehalten wird, dann können durch
Variieren der Antriebs-Drehzahlen des Motors relativ zueinander und
durch Variieren der Verdichtungsverhältnisse und Kraftstoff-/Luft-Verhältnisse
optimale Betriebsbedingungen in Echtzeit über das gesamte Spektrum der
Anforderungen an Fahrzeuggeschwindigkeit und -energie hinweg aufrechterhalten
werden, so dass minimale Verschmutzung und maximale Kraftstoff-Effizienz erzielt
werden. Eine weitere Steuerung der Geschwindigkeit der Flammenfront,
insbesondere bei einem Dieselmotor wird durch die Einbeziehung einer
Vorverbrennungskammer mit variablem Vorschub ermöglicht. Das Zusammenwirken
der Eingangs- und Ausgangssignale der Mikroprozessor-Steuereinheit
erlaubt ein optimales Einstellen der Motoren-Drehzahl, des Verbrennungskammer-Verdichtungsverhältnisses
oder des Vorverbrennungskammer-Vorschubs, so dass sich eine glatte,
gleichförmige
Kraftstoff/Luft-Verbrennungsgeschwindigkeit (Flammenfront) ergibt,
die der mechanischen Bewegung und der Geschwindigkeit der hemmenden Teile
in einem Kolben- oder Umlaufmotor entspricht.
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Im Folgenden werden, jedoch nur als
Beispiel, Ausführungsformen
der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer Ausführungsform
einer Energieübertragungseinheit
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung;
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2 zeigt
eine Schnittansicht einer praktischen Ausführungsform der Energieübertragungseinheit
gemäß 1;
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3 zeigt
eine teilweise geschnittene Ansicht einer Otto- oder Dieselmotor-Ausführungsform eines
Fahrzeug-Antriebsstrangs gemäß dem zweiten Aspekt
der Erfindung;
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4 zeigt
eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer Umlauf- oder
Gasturbinenmotor-Ausführungsform
eines Fahrzeug-Antriebsstrangs
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung;
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5 zeigt
eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer vereinfachten
Ausführungsform
des Fahrzeug-Antriebsstrangs gemäß 4;
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6 zeigt
eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer Kupplung
zur bevorzugten Verwendung bei Ausführungsformen des Fahrzeug-Antriebsstrangs
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung;
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7 zeigt
eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer Verbrennungskammer
mit variablem Versatz zur Verwendung bei der bevorzugten Ausführungsform
gemäß 3; und
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8 zeigt
eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer für variablen
Versatz ausgebildeten Verbrennungskammer und Vor verbrennungskammer
zur Verwendung bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß 3.
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BESTE ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Gemäß den beigefügten 1 und 2 weist eine Energieübertragungseinheit gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
des ersten Aspekts der Erfindung generell ein äußeres Hauptgetriebe 4 auf,
das zwei drehbare Antriebsvorrichtungen, die betriebsmäßig mit
drehbaren Abtriebsvorrichtungen verbunden sind, und eine innere
Differential-Getriebevorrichtung 6 mit drehbaren Antriebsvorrichtungen
aufweist, die betriebsmäßig mit
zwei differentiell drehbaren Abtriebsvorrichtungen verbunden sind.
Diese Bauteile werden nun detaillierter beschrieben, wobei verschiedene
bevorzugte Ausführungsformen
erläutert
werden.
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Das Hauptgetriebe 4 der
Energieübertragungseinheit 2 weist
vorteilhafterweise eine Zahnradverbindung auf. Die beiden Antriebsvorrichtungen des
Hauptgetriebes 4 weisen ein erstes Kegelzahnrad 8 und
eine epizyklische Zahnradvorrichtung 10 auf, die koaxial
zur Drehung um eine erste Achse A-A angeordnet ist. Die epizyklische Zahnradvorrichtung 10 weist
einen ringförmigen
Ritzelträger 12 auf,
der innen angeordnete epizyklische Kegel-Ritzelräder 14 mit rechtwinklig
zu der ersten Achse verlaufenden Achsen A-A drehbar trägt. Wie in 1 durch die Buchstaben A und B angedeutet,
sind das erstes Kegelzahnrad 8 und der ringförmige Ritzelträger 12 jeweils
durch herkömmliche
Mittel, wie z. B. eine Zahnrad-, Ketten-, Riemen- oder Direkt-Motorantriebswellen-Verbindungsvorrichtung,
einzeln betriebsmäßig mit
(nicht gezeigten) Drehenergiequellen verbindbar. Die Abtriebsvorrichtung
der Hauptgetriebes 4 weist ein zweites Kegelzahnrad 16 auf,
das koaxial mit dem ersten Kegelzahnrad 8 und der epizyklische Zahnradvorrichtung 10 derart
angeordnet ist, dass es um die erste Achse A-A drehbar ist. Die
ersten und zweiten Kegelzahnräder 8, 16 des
Hauptgetriebes 4 weisen jeweils eine zentral ausgebildete
und axial verlaufende Öffnung
auf. Die epi zyklische Zahnradvorrichtung 10 ist zwischen
den ersten und zweiten Kegelzahnrädern 8, 16 angeordnet,
wobei die epizyklischen Kegel-Ritzelräder 14 sowohl mit
den ersten als auch mit den zweiten Kegelzahnrädern 8, 16 kämmen.
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Die Differential-Getriebevorrichtung 6 ist
innerhalb des Hauptgetriebes 4 angeordnet. Die Antriebsvorrichtungen
der Differential-Getriebevorrichtung 6 der Energieübertragungseinheit 2 weisen
Differential-Kegelritzelräder 18 auf,
die radial derart in dem Hauptgetriebe 4 angeordnet sind,
dass sie sich um rechtwinklig zu der ersten Achse A-A verlaufende Achsen
drehen. Die Abtriebsvorrichtungen der Differential-Getriebevorrichtung 6 weist
zwei Differential-Kegel-Seitenzahnräder 20, 22 auf,
die koaxial in Kämmung
mit den Differential-Kegelritzelrädern 18 derart angeordnet
sind, dass sie sich um die erste Achse A-A drehen. Die beiden Differential-Seitenzahnräder 20, 22 sind
zentral an einander gegenüberliegenden
Enden zweier koaxial ausgerichteter Energieabtriebsteile 24, 26 wie
z. B. Halbachsen angeordnet, die durch die Öffnungen der ersten und zweiten
Kegelzahnräder 8, 16 des
Hauptgetriebes 4 axial nach außen verlaufen. Die Halbachsen 24, 26 sind
betriebsmäßig mit
(nicht gezeigten) Antriebsrädern
verbunden.
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Das Hauptgetriebe 4 ist
betriebsmäßig mit der
Differential-Getriebevorrichtung 6 verbunden, und zwar
durch einen Differentialrahmen 28, der mit dem zweiten
Kegelzahnrad 16 des Hauptgetriebes 4 verbunden
ist und der die Differential-Ritzelräder 18 der Differential-Getriebevorrichtung 6 trägt.
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2 zeigt
eine praktische Ausführungsform der
Anordnung gemäß 1 einschließlich der Lager, Dichtungen
und Befestigungskonfigurationen, die für eine funktionsfähige Baugruppe
erforderlich sind. Da diese Komponenten in der Praxis modifiziert werden,
und da ihre Funktion für
Fachleute direkt ersichtlich ist, ist eine Beschreibung für ein Verständnis der
Erfindung nicht erforderlich.
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Bei Betrieb weist das oben beschriebene Hauptgetriebe 4 ein
stufenlos variables Getriebe auf, bei dem die Abtriebsgeschwindigkeit
(die Drehgeschwindigkeit des zweiten Kegelzahnrads 16)
proportional der Summe oder Differenz der beiden Antriebsgeschwindigkeiten
ist (den Drehgeschwindigkeiten des ersten Kegelzahnrads 8 und
der epizyklischen Zahnradvorrichtung 10). Somit ist ersichtlich, dass,
falls die Geschwindigkeiten des ersten Kegelzahnrads 8 und
der epizyklischen Zahnradvorrichtung 10 gesteuert werden,
die Geschwindigkeit des zweiten Kegelzahnrads 16 progressiv
von einem Spezifikations-Maximum in einer ersten Drehrichtung über Null
zu einem Spezifikations-Maximum in einer zweiten, gegenläufigen Drehrichtung
variiert werden kann. Wie ebenfalls oben beschrieben wurde, arbeitet
die Differential-Getriebevorrichtung 6 nach Art einer herkömmlichen
Fahrzeug-Getriebevorrichtung. Die oben beschriebene Energieübertragungseinheit 2 kombiniert
somit praktischerweise die Funktionalitäten des Hauptgetriebes 4 und
der Differential-Getriebevorrichtung 6 derart, dass die
Eingangs-Drehenergie
mit stufenlos variablen Abtriebsgeschwindigkeiten differentiell
auf die beiden Halbachsen 24, 26 übertragen
werden kann.
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Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Energieübertragungseinheit 2 ist
besser ersichtlich anhand der in 1 als
Beispiel gezeigten ersten Ausführungsform,
bei der das erste Kegelzahnrad 8 und das zweite Kegelzahnrad 16 des
Hauptgetriebes 4 jeweils dreißig Zähne aufweisen und die epizyklischen
Kegel-Ritzelräder 14 des
Hauptgetriebes 4 jeweils zehn Zähne aufweisen.
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Der Effekt der unterschiedlichen
Abtriebs-Verhältnisse
in der gleichen, um die Achse A-A verlaufenden Drehrichtung bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 wird im Folgenden beschrieben.
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ANTRIEBS-VERHÄLTNIS 1 :
1
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Wenn das erste Kegelzahnrad 8 um
eine Drehung vorwärtsgedreht
wird, werden damit auch dreißig
Zähne des
Kegelzahnrads 8 vorwärtsgedreht. Falls
gleichzeitig der ringförmige
Ritzelträger 12 um eine
Drehung in der gleichen Richtung um die Achse A-A herum gedreht
wird, bleiben sämtliche
epizyklische Kegel-Ritzelräder 14 stationär. Folglich
bewirken die nichtdrehenden Kegel-Ritzelräder 14, deren Zahnradzähne mit
dem zweiten Kegelzahnrad 16 kämmen, dass sich das Kegelzahnrad 16 und
der Differentialrahmen 28 um eine volle Drehung um die Achse
A-A vorwärtsdrehen.
Die von dem 15-Differentialrahmen 28 getragenen Differential-Ritzelräder 18 werden
nur von den Differential-Seitenzahnrädern 20, 22 rückgehalten,
die betriebsmäßig mit
Halbachsen 24, 26 verbunden sind, um einen normalen
Fahrzeug-Differentialeffekt zwischen den beiden (nicht gezeigten)
Antriebsrädern
zu ermöglichen.
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Das Ergebnis ist, dass bei einem
Antriebs-Verhältnis
von 1 : 1 zwischen dem ersten Kegelzahnrad 8 und dem ringförmigen 20-Ritzelträger 12 das
Geschwindigkeitsverhältnis
durch die Energieübertragungseinheit 2 und
zu dem Differentialrahmen 28 bei 1 : 1 liegt.
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ANTRIEBS-VERHÄLTNIS 2
: 1
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Falls das erste Kegelzahnrad 8 um
eine Drehung vorwärtsgedreht
wird, wobei dreißig
Zähne bewegt
werden und 25 Zähne
bewegt werden, wenn der ringförmige
Ritzelträger 12 um
eine halbe Drehung (2 : 1) in der gleichen Richtung um die Achse A-A
vorwärtsgedreht
wird, dann wird jedes epizyklische Kegel-Ritzelrad 14 um
fünfzehn
Zähne um rechtwinklig
zur Achse A-A verlaufende Achsen rückwärtsgedreht und am Punkt des
Eingriffs mit dem zweiten Kegelzahnrad 16 um fünfzehn Zähne pro halber
Drehung bewegt. Da das zweite Kegelzahnrad 16 dreißig Zähne aufweist
und der ringförmige Ritzelträger 12 sowie
die Kegel-Ritzelräder 14 um eine
halbe Drehung be wegt werden, verbleiben das dreißig-zahnige zweite Kegelzahnrad 16 und
der Differentialrahmen 28 stationär.
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Im Ergebnis verbleiben bei einem
Antriebs-Verhältnis
von 2 : 1 zwischen dem ersten Kegelzahnrad 8 und dem ringförmige Ritzelträger 12 das
zweite Kegelzahnrad 16 und die Differential-Seitenzahnräder 20, 22 in
einer wirksam verriegelten stationären Position.
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ANTRIEBS-VERHÄLTNIS 3
: 1
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Wenn das erste Kegelzahnrad 8 über dreißig Zähne um eine
Drehung vorwärtsgedreht
wird und wenn der ringförmige
Ritzelträger 12 um
ein Drittel einer Drehung in der gleichen Richtung um die Achse A-A
vorwärtsgedreht
wird, dann wird jedes epizyklische Kegel-Ritzelrad 14 gegensinnig
um zwanzig Zähne
rückwärtsgedreht,
während
es den äquivalenten
Abstand von zehn Zähnen
um das zweite Kegelzahnrad 16 zurücklegt. Somit drehen sich das
zweite Kegelzahnrad 16 und der Differentialrahmen 28 um zehn
Zähne oder
ein Drittel rückwärts. Wie
bereits beschrieben ermöglicht
die Differential-Getriebevorrichtung 6 einen normalen Fahrzeug-Differentialeffekt
zwischen den beiden (nicht gezeigten) Antriebsrädern.
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Im Ergebnis drehen sich bei einem
Antriebs-Verhältnis
von 3 : 1 zwischen dem ersten Kegelzahnrad 8 und dem ringförmige Ritzelträger 12 das
zweite Kegelzahnrad 16 und der Differentialrahmen 28 um
ein Drittel einer Drehung in der Gegenrichtung um die Achse A-A.
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Es ist ersichtlich, dass bei Antriebsverhältnissen
von weniger als Eins ein Schnellgangeffekt erzielt werden kann.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass die Ausführungsformen
der Energieübertragungseinheit
gemäß der vorliegenden Erfindung
eine kompakte integrierte Kombination eines stufenlos variablen
Getriebes mit einem herkömmlichen
Kraftfahrzeug-Differentialgetriebe ermöglichen, die zur Verwendung
in Fahrzeug- Antriebssträngen und
insbesondere – jedoch
nicht ausschließlich – in Fahrzeug-Antriebssträngen von
Fahrzeugen mit Vorderradantrieb geeignet ist. Insbesondere bieten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit,
zwei Fahrzeug-Antriebsräder
differentiell mit zwei stufenlos variablen Drehgeschwindigkeiten
anzutreiben.
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Gemäß den beigefügten 3, 4 und 5 weist ein
Fahrzeug-Antriebsstrang 30 gemäß den bevorzugten Ausführungsformen
des zweiten Aspekts der Erfindung generell zwei Antriebseinheiten 32, 34, eine
Energieübertragungseinheit 2 und
eine Mikroprozessor-Steuereinheit 58 auf. Diese Komponenten werden
nun detaillierter beschrieben, wobei verschiedene bevorzugte Ausführungsformen
erläutert werden.
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Die vorstehende detaillierte Beschreibung des
Aufbaus, der Anordnung und der Arbeitsweise der verschiedenen Bauteile
der Energieübertragungseinheit 2 wird
hiermit durch Verweis einbezogen.
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Bei den in 3, 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen
weisen die beiden Antriebseinheiten 32, 34 zwei
Verbrennungsmotoren auf, obwohl die beiden Antriebseinheiten 32, 34 alternativ
jede gleichartige oder ungleichartige Kombination von Motoren aus
dem Bereich herkömmlicher
Typen von Verbrennungsmotoren – einschließlich Otto-Taktmotoren, Dieselmotoren,
Umlaufmotoren und Gasturbinenmotoren – oder herkömmlicher Typen von Elektromotoren
aufweisen kann. Die Otto- und Diesel-Verbrennungsmotoren werden
bevorzugt, da sie etablierte Technologien repräsentieren, bei denen die Herstellungskosten
relativ niedrig sind. Bei der Ausführungsform gemäß 3 weisen die beiden Antriebseinheiten 32, 34 Otto-Taktmotoren
oder Dieselmotoren auf, während
bei den Ausführungsformen 15 gemäß 4 und 5 die beiden Antriebseinheiten 32, 34 Umlauf-
oder Gasturbinenmotoren aufweisen. Die beiden Antriebseinheiten 32, 34 benutzen
vorteilhafterweise bestimmte Hilfsvorrichtungen gemeinsam, bleiben
jedoch einzeln betreibbar und steuerbar.
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Bei den gezeigten Ausführungsformen
weisen die beiden Antriebseinheiten 32, 34 jeweils
Drehkraftabtriebsvorrichtungen oder Wellen 36, 38 auf,
z. B. Kurbelwellen im Fall der Ausführungsform gemäß 3. Vorteilhafterweise sind
die beiden Antriebseinheiten 32, 34 derart angeordnet,
dass ihre Energieabtriebswellen 36, 38 einzeln
drehbar und in endseitiger Gegenüberlage
angeordnet sind. Vorzugsweise drehen sich die Drehkraftantriebsvorrichtungen 36, 38 der
beiden Antriebseinheiten 32, 34 beide in der gleichen
Richtung relativ zu der Kraftübertragungseinheit 2,
wodurch das Erfordernis einer Einrichtung zur Umkehr der Drehrichtung
einer oder beider der Drehkraftabtriebswellen 36, 38 entfällt. Herkömmlicherweise
ist die Energieübertragungseinheit 2 (wie
bei der Ausführungsform
gemäß 3) mittig unterhalb oder
(wie bei den Ausführungsformen
gemäß 4 und 5) mutig zwischen den beiden Antriebseinheiten 32, 34 angeordnet.
Im letzteren Fall verlaufen die Halbachsen 24, 26 durch
die Mitte der hohlen Rotor- oder Turbinenwellen 36, 38 der
Umlauf- oder Gasturbinenmotoren. Mindestens eine der jeweiligen
Energieabtriebswellen 36, 38 der beiden Antriebseinheiten 32, 34 ist
einzeln selektiv über
eine Kupplungsvorrichtung mit dem ersten Kegelzahnrad 8 bzw.
dem ringförmigen
Ritzelträger 12 der
Energieübertragungseinheit 2 verbunden.
Bei den meisten Anwendungsfällen
weist jede Abtriebswelle 36, 38 eine Kupplungsvorrichtung 40, 42 und
eine Getriebe-, Ketten- oder Riemenantriebsvorrichtung 44, 46 auf.
Die beiden Antriebseinheiten 32, 34 sind zweckmäßigerweise
von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben.
Das Gehäuse
der Energieübertragungseinheit 2 ist
ferner zweckmäßigerweise
einstückig
mit dem gemeinsamen Gehäuse
der beiden Antriebseinheiten 32, 34 verbunden.
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In 5 ist
eine vereinfachte Ausführungsform
des Fahrzeug-Antriebsstrangs 30 gemäß 5 gezeigt, bei der das zweite Kegelzahnrad 16 der
Energieübertragungseinheit 2 nicht
betriebsmäßig mit der
inneren Differential-Getriebevorrichtung verbunden ist (d. h. die
Energieübertragungseinheit 2 weist nur
das Hauptgetriebe 4 auf), sondern statt dessen betriebsmäßig mit
der Antriebswelle 47 verbunden ist. Bei der in 5 gezeigten vereinfachten
Ausführungsform
des Fahrzeug-Antriebsstrangs 30 werden vorteil hafterweise
Dreh- oder Gasturbinenmotoren verwendet, und die Ausführungsform
ist geeignet zum Einsatz in Fahrzeugen mit Vorder- und/oder Hinterradantrieb,
wobei die Antriebswelle 47 betriebsmäßig mit einer einzigen herkömmlichen
Kraftfahrzeug-Differentialgetriebevorrichtung verbunden ist. Alternativ
kann der in 5 gezeigte
Fahrzeug-Antriebsstrang 30 mittig
an Vierradantriebs-Fahrzeugen angeordnet sein, wobei die Antriebswelle 47 betriebsmäßig mit
den vorderen und hinteren herkömmlichen
Vierradantriebs-Differentialgetriebevorrichtungen verbunden ist.
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Eine in 6 gezeigte bevorzugte Ausführungsform
der bei der Ausführungsform
gemäß 3 verwendeten Kupplungsvorrichtung 40, 42 weist
eine oder mehrere Druckplatten 48 auf, an denen Federn 50 angreifen,
wobei ein betriebsmäßiges Drucklager 52 um
die Welle 54 herum und frei von dieser angeordnet ist.
Wie noch zu beschreiben ist, wird eine Druckaktivierungs-Servovorrichtung 56 in herkömmlicher
Weise von der Mikroprozessor-Steuereinheit 58 derart
gesteuert, dass selektiv die jeweiligen Energieabtriebswellen 36, 38 der
beiden Antriebseinheiten 32, 34 einzeln mit dem
ersten Kegelzahnrad 8 bzw. dem ringförmigen Ritzelträger 12 der Energieübertragungseinheit 2 verbunden
werden können.
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Die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 weist eine
(nicht gezeigte) Eingangsvorrichtung zum Empfang von Befehls-Eingangssignalen
vom Fahrzeugführer
und mehrere (nicht gezeigte) Eingangs-/Ausgangs-Interfacevorrichtungen
zur Durchführung
einer mit geschlossener Regelschleife erfolgenden Rückkopplungssteuerung
der Betriebsparameter des Fahrzeug-Antriebsstrangs auf. Vorzugsweise
weisen die (nicht gezeigten) mehreren Eingangs/Ausgangs-Interfacevorrichtungen
mehrere Hochleistungssensoren zum Überwachen, Analysieren und Übertragen
von Daten der Betriebsparameter des Antriebsstrangs auf. Zu den
Betriebsparametern zählen
vorteilhafterweise die auf jede der beiden Antriebseinheiten 32, 34 einwirkende
Last, die Drehgeschwindigkeiten jeder der beiden Abtriebswellen 36, 38,
die auf jede der Halbachsen 24, 26 einwirkende Last,
und die Drehgeschwindigkeiten jeder der beiden Halbachsen 24, 26.
Vorzugsweise zählen
zu den von der Mi kroprozessor-Steuereinheit 58 kontinuierlich
gesteuerten Betriebsparametern ferner Betriebsparameter, die speziell
für den
Typ oder die Typen von Antriebseinheiten ausgelegt sind, welche
den Fahrzeug-Antriebsstrang aufweisen.
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Bei Betrieb führt die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 vorteilhafterweise
eine Rückkopplungssteuerung
mit geschlossener Regelschleife durch, um die Betriebsparameter
als Reaktion auf die vom Fahrer getätigten Befehlseingaben kontinuierlich
zu überwachen,
zu analysieren und synergetisch einzustellen. Während des Startens der beiden
Antriebseinheiten 32, 34 steuert die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 praktischerweise
die einzelnen Betriebsvorgänge
der beiden Antriebseinheiten 32, 34 und den Betrieb
der Kupplungsvorrichtungen 40, 42 zwecks individueller
Steuerung der Verbindung der jeweiligen Energieabtriebswellen 36, 38 der
beiden Antriebseinheiten 32, 34 mit dem ersten
Kegelzahnrad 8 bzw. dem ringförmigen Ritzelträger 12 der
Energieübertragungseinheit 2.
Dies bedeutet, dass beim Hochfahren die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 nur
die jeweiligen Energieabtriebswellen 36, 38 der
beiden Antriebseinheiten 32, 34 mit dem ersten Kegelzahnrad 8 bzw.
dem ringförmigen
Ritzelträger 12 verbindet,
wenn das Verhältnis
der Drehgeschwindigkeiten zwischen der Energie-Abtriebswelle 36 und
der Energie-Abtriebswelle 38 bei 2 : 1 liegt. Aus der vorstehenden
Beschreibung der Energieübertragungseinheit 2 ist
ersichtlich, dass jedes der Differential-Seitenzahnräder 20, 22 der
Energieübertragungseinheit 2 somit
bei der Geschwindigkeit Null in einer sicheren stationären Position
verriegelt ist. Es ist ersichtlich, dass bei den meisten Anwendungsfällen eine
manuell betätigbare übergeordnete
Kupplung vorgesehen ist, um das Maß an Sicherheit zu erhöhen. Ferner
ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung der Arbeitsweise der
Energieübertragungseinheit 2,
dass als Reaktion auf eine nachfolgende Befehlseingabe, z. B. vom
Fahrer, die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 den Betrieb
der beiden Antriebseinheiten 32, 34 zweckmäßigerweise
zur Einstellung der Relativgeschwindigkeiten der Energieabtriebswellen 36, 38 dahingehend
steuert, dass sich die Differential-Seitenzahnräder 20, 22 der
Energieübertragungseinheit 2 (und
somit die Halbachsen 24, 26 und die beiden (nicht
gezeigten) Antriebsräder)
in gewünschter
Richtung und mit gewünschter Geschwindigkeit
drehen. Während
des Betriebs des Fahrzeug-Antriebsstrangs 30 reagiert die
Mikroprozessor-Steuereinheit 58 adaptiv
auf die Befehls-Eingabe und/oder die Analysen von Daten über die
Betriebsparameter und steuert kontinuierlich die endgültige Abtriebsgeschwindigkeit
und Energie des Fahrzeug-Antriebsstrangs 30 in der zur
Erfüllung
der Betriebs-Anforderungen erforderlichen Weise, indem sie die Betriebsparameter
einschließlich
der Relativgeschwindigkeiten der beiden Antriebseinheiten 32, 34 und
der Lastverteilung zwischen den beiden Antriebseinheiten 32, 34 synergetisch
einstellt.
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Vorteilhafterweise ist die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 mit
einem Betriebs-Algorithmus derart programmierbar, dass sie die zu
steuernden Betriebsparameter entsprechend dem Algorithmus kontinuierlich
synergetisch einstellt, um den Betrieb des Fahrzeug-Antriebsstrangs 30 zu
optimieren. Beispielsweise kann die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 zum
Optimieren der Effizienz des Fahrzeug-Antriebsstrangs 30 programmiert
werden, wobei in diesem Fall die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 als
Reaktion auf eine Befehls-Eingabe die Betriebsparameter jeder der
beiden Antriebseinheiten 32, 34 kontinuierlich überwacht,
analysiert und synergetisch dahingehend einstellt, dass die Effizienz
der beiden Antriebseinheiten 32, 34 in Spitzenbereichen
gehalten wird, während
die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 gleichzeitig die Lastverteilung
zwischen den beiden Antriebseinheiten 32, 34 kontinuierlich überwacht und
so einstellt, dass die endgültige
Abtriebsgeschwindigkeit und Energie der Energieübertragungseinheit 2 synergetisch
zur Erfüllung
der Betriebserfordernisse gesteuert wird. In dieser Weise kann eine Gesamteffizienz
der Antriebseinheiten über
einen weiten Bereich verschiedener Betriebsbedingungen hinweg erzielt
werden. Somit ist ersichtlich, dass bei Ausführungsformen, bei denen Verbrennungsmotoren
verwendet werden, signifikante Verbesserungen der Kraftstoffnutzung
und eine entsprechend signifikante Reduzierung der Abgasemission
erreicht werden.
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In den Fällen beispielsweise, in denen
die beiden Antriebseinheiten 32, 34 Verbrennungsmotoren
aufweisen (wie bei den Ausführungsmotoren
gemäß 3), zählen zu den von der Mikroprozessor-Steuereinheit 58 kontinuierlich
gesteuerten Betriebsparameter vorteilhafterweise ferner Parameter, die
spezifisch für
jeden Verbrennungsmotor ausgelegt sind, z. B. Verteilerrohr-Ladedruck, Motordrehzahl,
Kraftstoffgemisch, Zünd-Zeitsteuerung,
Ventil-Zeitsteuerung,
Geometrie des Verteilerrohrs mit variablem Einlass, Verbrennungskammer-Bedingungen,
Verdichtungsverhältnis
und Abgas-Chemie.
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7 zeigt
eine praktische Anordnung, mit der das Volumen der Verbrennungskammer 60 eines Kolben-Verbrennungsmotors
durch ein bewegbares zweites Kolbenelement 62 variiert
werden kann. Bei Betrieb wird mittels der Mikroprozessor-Steuereinheit 58 die
Bewegung des zweiten Kolbenelements 62 vorteilhafterweise
kontinuierlich derart gesteuert, dass das Volumen der Verbrennungskammer 60 unter
Maßgabe
der Erfüllung
der Betriebserfordernisse adaptiv optimiert wird. 8 zeigt eine Modifikation der praktischen
Anordnung gemäß 7, bei der das Volumen der
Verbrennungskammer 60 eines Kolben-Verbrennungsmotors durch
eine bewegbare Kolbenvorrichtung 64 variiert werden kann,
die ihrerseits einen bewegbaren Injektor-Mechanismus 66 aufweist.
Während
des Betriebs werden die Bewegung sowohl der Kolbenvorrichtung 64 als
auch des Injektor-Mechanismus 66 von der Mikroprozessor-Steuereinheit 58 vorteilhafterweise
kontinuierlich derart gesteuert, dass sowohl das Volumen der Verbrennungskammer 60 als
auch das Volumen der Vorverbrennungskammer 68 unter Maßgabe der
Erfüllung
der Betriebserfordernisse adaptiv optimiert werden. Insbesondere
optimiert die Mikroprozessor-Steuereinheit 58 adaptiv die
Verdichtung und die Motordrehzahl derart, dass diese mit den zur
Aufrechterhaltung der gewünschten
Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlichen Energieniveaus übereinstimmen.
Indem die Funktion eines stufenlosen, für variable Geschwindigkeit
ausgelegten Getriebes zur Verfügung
steht, mit dem exakt die gewünschte
Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird und dabei die optimale Kraftstoffverbrennungsrate
aufrechterhalten wird, können
durch Variieren der Antriebs-Drehzahlen der beiden Motoren relativ
zueinander und durch Variieren der Verdichtungsverhältnisse
und Kraftstoff-/Luft-Verhältnisse
optimale Betriebsbedingungen in Echtzeit über das volle Spektrum der
Anforderungen an Fahrzeuggeschwindigkeit und -energie hinweg aufrechterhalten
werden, so dass minimale Verschmutzung und maximale Kraftstoffeffizienz
erzielt werden. Eine noch bessere Betriebseffizienz kann erreicht
werden, indem die Geschwindigkeit der Flammenfront insbesondere
bei Dieselmotor-Ausführungsformen
durch die oben beschriebene, für
variablen Versatz ausgelegte Vorverbrennungskammer kontinuierlich
gesteuert wird, Das Zusammenwirken von Eingangs- und Ausgangssignalen
der Mikroprozessor-Steuereinheit 58 ermöglicht optimale Einstellungen
der Motor-Drehzahl,
des Verbrennungskammer-Verdichtungsverhältnisses oder des Vorverbrennungskammer-Versatzes,
so dass sich eine glatte, gleichförmige Kraftstoff-/Luft-Verbrennungsgeschwindigkeit
(Flammenfront) entsprechend der mechanischen Bewegung der hemmenden
Teile in einem Kolben- oder Umlaufmotor ergibt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
ist ersichtlich, dass die Ausführungsformen
des Fahrzeug-Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden
Erfindung einen kompakten, adaptiv gesteuerten Fahrzeug-Antriebsstrang
bilden, der besonders geeignet ist für Anwendungsfälle mit
kritischem Gewicht und kritischen Abmessungen, wie z. B. bei kleinen
und mittelgroßen
Fahrzeugen mit Vorderradantrieb.
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Obwohl die Erfindung mit spezieller
Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, können
an der vorliegenden Erfindung zahlreiche Änderungen und Modifikationen
vorgenommen werden, die insbesondere von den in der vorliegenden
Beschreibung erläuterten
Ausführungsformen
abweichen können.
Derartige Variationen und Änderungen
sind möglich,
ohne vom dem in den Ansprüchen
definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.