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WO2019120372A1 - Hybrid antriebsstrang und fahrzeug damit - Google Patents

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Publication number
WO2019120372A1
WO2019120372A1 PCT/DE2018/100953 DE2018100953W WO2019120372A1 WO 2019120372 A1 WO2019120372 A1 WO 2019120372A1 DE 2018100953 W DE2018100953 W DE 2018100953W WO 2019120372 A1 WO2019120372 A1 WO 2019120372A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
torque
transmission
generator
clutch
output
Prior art date
Application number
PCT/DE2018/100953
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Walter
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CN201880076314.6A priority patent/CN111386205A/zh
Priority to JP2020519243A priority patent/JP7009622B2/ja
Priority to DE112018006453.0T priority patent/DE112018006453A5/de
Publication of WO2019120372A1 publication Critical patent/WO2019120372A1/de

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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/543—Transmission for changing ratio the transmission being a continuously variable transmission

Definitions

  • the invention relates to a hybrid powertrain, preferably for a motor vehicle, as well as a motor vehicle with such a hybrid powertrain.
  • Hybrid powertrains for motor vehicles are known from the prior art, in which an internal combustion engine, usually a gasoline engine or diesel engine, and an electric machine are provided, wherein the electric machine via its output, usually two drive wheels , is set up to drive the motor vehicle.
  • the electric machine is connected in parallel or in series.
  • a parallel-serial hybrid an electric machine is set up for independent propulsion of the motor vehicle, but at the same time a torque can also be output from the internal combustion engine to the output.
  • space is extremely limited and it appears advantageous to use an electrical machine that is too small to provide the torque required to start up in any situation. For example, due to this dimensioning, the torque of the electric machine is insufficient when starting on a slope.
  • a so-called torque converter is used.
  • such a torque converter has a first blade wheel on the motor side and a second blade wheel on the output side, wherein torque from the first blade wheel can only be transmitted to the second blade wheel by means of a fluid that is in rotation. Even if the efficiency is therefore relatively low, a gentle start-up is possible in a small installation space and with few components.
  • the electric machine is set up as the main drive, and the internal combustion engine intervenes only as a replacement or as a support if the torque of the electrical machine is insufficient.
  • the electric machine is also used as a generator to recharge the accumulator. Meanwhile, then only a drive by internal combustion engine and only with a part of the torque possible.
  • no generator is provided and the accumulator is a plug-in hybrid only via an external power source, ie via a power outlet, rechargeable.
  • the invention relates to a hybrid drive train, comprising at least the following components:
  • an internal combustion engine having a drive shaft for outputting a torque
  • a generator having a generator shaft for converting a torque into electrical energy
  • an electric machine having a rotor shaft for outputting a torque
  • a transmission configured to translate a torque of the drive shaft and a torque of the rotor shaft
  • At least one disconnect clutch for connecting and disconnecting torque transmission from the drive shaft to the output.
  • the hybrid powertrain is primarily characterized in that the generator is arranged in the torque flow between the drive shaft and the transmission.
  • an internal combustion engine with a drive shaft rotatable about a combustion axis for example a crankshaft
  • a generator with a generator shaft rotatable about a generator axis and an electric machine with a rotor shaft rotatable about a rotor axis are provided.
  • the internal combustion engine and the electric machine are connected in common via a transmission, for example a gear stage transmission, with an output.
  • the output example forms a drive wheel, preferably two drive wheels of a common wheel axle, so for example front or rear axle, or even, preferably switchable and disconnectable, all wheels in a four-wheel drive.
  • the electrical machine is flanged directly on the input side of the transmission, so that an axially space-saving arrangement is achieved.
  • the transmission is designed with a rigid translation or with a variable, for example switchable, translation.
  • the drive shaft and the rotor shaft are connected to a common input side of the gearbox for torque output.
  • the drive shaft and the rotor shaft are aligned with each other.
  • the rotor shaft additionally has a, preferably rigid, transmission gear, for example a planetary gear, by means of which the rotational speed ranges of the internal combustion engine and of the electric machine are transferred into the same range.
  • the hybrid drive train proposed here has at least one disconnect clutch, which makes it possible to interrupt a torque transmission between the internal combustion engine and the output.
  • the significant inertial mass of the internal combustion engine does not have to be permanently entrained and it is a purely electric driving allows.
  • the generator is arranged in the torque flow between the output and the transmission.
  • the generator is, for example, with his Generator axis arranged parallel to the burner axis, for example as Riem starter generator.
  • the generator is arranged coaxially with the drive shaft.
  • the generator is used, for example, in comparison to the initially mentioned variant, which has a torque converter, in a construction-neutral manner instead of the torque converter. If the torque of the electrical machines is insufficient, the internal combustion engine can be switched on, so that the required torque can be transmitted from the internal combustion engine to the output alone or an assisting torque can be output, which together with the torque of the electric machine is introduced via the common gear in the output. Furthermore, a switching state can be achieved by means of the separating clutch, which is described below, in which the internal combustion engine is disconnected.
  • the generator can also be operated as an electric drive motor.
  • a supporting torque can be delivered by the generator in the torque output operation, which is introduced via the common transmission in the output.
  • a single separating clutch is provided. This is designed according to the following description as a first separating clutch or as a second separating clutch. It should therefore be noted that the term second disconnect clutch does not mean that a first disconnect clutch must be provided. Ordinal numbers used in the specification, unless explicitly stated to the contrary, are for the purpose of distinctness only and do not reflect the order or order of rank of the designated components.
  • a first of the disconnect couplings is arranged on the combustor side to the generator, and a torque transmission between the drive shaft and the generator shaft is interruptible by means of the disconnect clutch, wherein preferably the first disconnect clutch is axially overlapping connected to the generator.
  • the separating clutch is arranged on the burner side, that is, between the drive shaft and the generator shaft of the generator.
  • the generator is then operable as an electric drive motor, so that not or not only the internal combustion engine for delivering a (supporting) torque is set, but also the generator as an electric drive motor can deliver a (supporting) torque.
  • the separating clutch is preferably designed as a friction clutch, for example multi-plate clutch, so that firstly the generator shaft does not have to be synchronized with the drive shaft and secondly a relatively gentle increase in torque despite a minimum rotational speed of the drive shaft (For example, the idle speed) is achievable.
  • the friction clutch is adapted to be started via the generator as a starter generator, wherein the drive shaft via this friction clutch slipping festlassbar is.
  • a second of the separating clutches is arranged on the transmission side to the generator, by means of which a torque transmission between the internal combustion engine and the transmission can be interrupted.
  • second disconnect clutch does not mean that a first disconnect clutch must be provided.
  • the proposed second disconnect clutch is according to one embodiment the only disconnect clutch in the torque flow between the internal combustion engine and the transmission.
  • the separating clutch is arranged on the transmission side, that is, between the generator shaft of the generator and the input side of the transmission.
  • the second separating clutch is now arranged so that the transmission side to the generator. This means that the generator can be uncoupled from the transmission by means of this second separating clutch, but can not be disengaged from the drive shaft by means of this second separating clutch.
  • This second separating clutch makes it possible to charge an accumulator by means of the internal combustion engine while at the same time a torque can be output to the output by means of the electric machine.
  • electrical continuation is possible when the accumulator is empty or can not deliver any useful voltage due to technical control reasons. This can be achieved by the generated electrical voltage at the generator by means of the operation of the internal combustion engine, at least partially, directly supplied to the supply of the electric machine.
  • the second disconnect clutch is closed, it is a sole drive of the output by means of the internal combustion engine and the generator (as an electric drive motor) or a boost, ie a delivery of a supporting torque with simultaneous delivery of torque via the rotor shaft of the electric machine, possible. Furthermore, it is possible to provide part of the torque to the output by means of the internal combustion engine and to take off part of the torque via the generator in order to charge the accumulator.
  • the drive shaft is connected only indirectly via the disconnectable generator shaft with the belt transmission.
  • the drive shaft of the internal combustion engine is only indirectly connected via the generator shaft to the output.
  • the generator shaft is preferably arranged coaxially with the drive shaft.
  • This arrangement allows a particularly small design and yet meets with the at least one separating clutch the desired torque characteristics, as described above.
  • both a first and a second separating clutch are provided, ie in the torque flow to the left and right of the generator.
  • a first and a second separating clutch according to the above description in the torque flow are thus arranged in front of and behind the generator.
  • the first separating clutch and / or the second separating clutch is a positive-locking clutch or a positive-locking clutch.
  • At least one separating clutch is designed as a form-fitting torque coupling, so that the shafts to be connected must be synchronized with each other at least in a narrow angular velocity range.
  • the separating clutch is designed as a dog clutch.
  • the separating clutch is designed form-positively, for example as a so-called wedge clutch.
  • a wedge clutch has a hub cone and a (rounded) polygonal driver cone, which, preferably with a corresponding designed as a solid-state spring, receiving cone is axially inserted. With such a wedge clutch, relative rotational speeds of 20 to 30 rpm [revolutions per minute] can be shifted, because the engagement is not formed purely positively, but positively.
  • the speed of the generator can be adjusted freely, a relative speed between the drive shaft and / or input side of the transmission can be regulated to zero or at least sufficiently close to zero, so that it is possible to switch such a disconnect clutch in (almost) any state.
  • a separating clutch in which slippage is permitted at high relative speeds is therefore not necessary.
  • a (rather) form-fitting separating clutch is much less expensive with regard to the wiring.
  • the combustion-side (first) separating clutch is a friction clutch and the transmission-side (second) separating clutch is a (force) positive-locking clutch. Because the generator is finely tuned in its speed, it is possible to synchronize even if the speed at the second disconnect clutch is applied.
  • the first disconnect clutch is designed as a (positive) positive clutch and the second disconnect clutch as a friction clutch, where the generator shaft is brought to the required rotational speed of the drive shaft.
  • the second separating clutch By means of the second separating clutch, the applied rotational speed on the drive shaft (and the transmission shaft) can be introduced into the output relatively conventionally via the friction clutch.
  • both separating clutches are designed as (non-positive) form-fitting clutches, wherein preferably at least one of the two separating clutches is designed as a wedge clutch. If a further slipping clutch, for example a friction clutch or a slip clutch, or a torque converter is provided on the transmission output side, ie between transmission and power take-offs, no undesired sudden increase in torque at the output can be felt.
  • the second separating clutch is disconnected to start the internal combustion engine by means of the (starter) generator.
  • a separate starter is provided and the first separating clutch is disconnected.
  • the second disconnect clutch is closed while the input shaft is disconnected from the generator shaft by means of the first disconnect clutch, the first disconnect clutch is closed as soon as the input shaft reaches a speed approximately equal to the output.
  • the second disconnect clutch remains open while the first disconnect clutch remains closed from the time of cranking or to a later (synchronized independent of downforce) timing.
  • the speed of the transmission input shaft can be precisely controlled via the electric machine and / or via an electric engine brake (recuperation).
  • the switching operations are so fast executable that the driver of the speed adjustment does not notice.
  • Tooth-on-tooth position when a torque is to be transmitted, by means of the electric machine and / or the generator, a slow and / or low-torque rotation before the initiation of a desired (larger) torque feasible, so that the tooth pairing without Torque jump is engaged.
  • Such positive (positive) coupling have the advantage that they require very little space and require little additional components for proper operation. Only an axial adjusting device, for example a switchable pressure valve to a pressure source, is necessary to close or open the separating clutch.
  • the transmission is on the output side inseparably connected to the output.
  • a belt transmission is provided between that of the electric machine and the internal combustion engine, by means of which a continuously variable transmission is adjustable.
  • a continuously variable transmission is adjustable.
  • Such a belt transmission is for example referred to as CVT (English: continuous variable transmission).
  • an electric machine with a low rotational speed and / or a low rotational speed span can be used, as a result of which an electrical machine of small construction size can be used.
  • a planetary gear between Umschlingungsge- transmission and electric machine is interposed so that the speed of the electric machine compared to a conventional internal combustion engine is high and at the same time a low torque.
  • the planetary gearing translates the torque and reduces the speed to the desired values, for example (gearbox input side) a speed range from 3,000 rpm [three thousand revolutions per minute] to 7,000 rpm with a maximum torque of 250 Nm.
  • a planetary gear allows a high speed reduction in a small axial space, due to the few tooth pairings, compared to spur gears high efficiency.
  • a third disconnect clutch is arranged in the torque flow between the rotor shaft and the transmission, and the rotor shaft is directly connected to the output, preferably undetachably, bypassing the belt transmission.
  • a third separating clutch is provided between the rotor shaft and the input side of the transmission, by means of which a decoupling of the rotor shaft from the transmission input side is made possible. Furthermore, a torque transmission from the electric machine is possible directly to the output by means of a direct gear, so that greater efficiency losses are bypassed through the transmission.
  • the direct gear thus formed between the electric machine and the output is set up either for starting up for enlargement the available torque or for the (normal) electric drive, in which a relatively high speed on the drive wheels is required but no high torque. For the other case, the torque flow is then conducted via the closed third separating clutch via the transmission.
  • the third separating clutch is preferably a (force) positive coupling as described above.
  • the rotor shaft is then first to be synchronized to the transmission input shaft before the third disconnect clutch can be closed.
  • the rotor shaft in the direct gear is preferably connected by means of a spur gear stage with a particularly low loss of efficiency.
  • the rotor shaft is preferably permanently connected to the output via this direct gear. This means that there is no further disconnect between the electric machine and the output. If the third separating clutch is closed, torque continues to flow through this direct gear to the output. The associated loss of efficiency is compensated by the additional torque from the generator and / or the internal combustion engine.
  • the electric machine and / or the generator can be operated in both directions of rotation.
  • the electric machine is also reversible.
  • the generator can be operated as a drive motor in both directions of rotation. It follows that no reverse gear is necessary in that then only electrically a reverse drive is possible.
  • the rearward direction of rotation is provided with a separating clutch, for example a third separating clutch according to the above description, so that the belt transmission is operated in one direction only.
  • a separating clutch for example a third separating clutch according to the above description, so that the belt transmission is operated in one direction only.
  • the invention relates to a motor vehicle comprising a hybrid drive train according to an embodiment according to the above description, wherein the output comprises at least one drive wheel.
  • Motor vehicles with a hybrid powertrain have a very small installation space due to the large number of individual drive components. Therefore, it is particularly advantageous to use a hybrid drive train of small size or with a flexibly configurable arrangement of the components.
  • the hybrid drivetrain proposed here has a compact design and is particularly flexible with regard to the arrangement of the components.
  • the generator is preferably arranged axially overlapping coaxially with the drive shaft of the internal combustion engine.
  • a torque converter, and preferably also a slipping clutch, are not provided throughout the hybrid powertrain. This achieves a compact construction and high efficiency. For this purpose, a simple concept of a separating clutch can be used, with which all desired switching states can be set without slippage.
  • Passenger cars are assigned to a vehicle class according to, for example, size, price, weight and power, and this definition is subject to constant change according to the needs of the market.
  • cars of the class small cars and minicars are assigned to the class of the subcompact car according to European classification and in the British market they correspond to the class Super Mini or the class City Car.
  • Examples of the micro car class are a Volkswagen up! or a Renault Twingo.
  • Examples of the small car class are an Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta or Renault Clio.
  • FIG. 1 shows schematically a motor vehicle with a hybrid drive train in a longitudinal arrangement
  • Fig. 2 schematically hybrid powertrain for a motor vehicle in transverse arrangement.
  • FIG. 1 shows schematically a motor vehicle 14 with a hybrid drive train 1, in which an internal combustion engine 2 and an electric machine 6 are arranged in a longitudinal arrangement, ie with their combustion axis 22 and rotor axis 24 parallel to the longitudinal axis 21 of the motor vehicle 14 aligned.
  • the generator axis 23 is likewise arranged in alignment and with the burner axis 22 and the rotor axis 24.
  • the electric machine 6 is connected with its rotor shaft 7 on the input side to a first cone pulley pair 18 of a transmission 8 designed as a belt transmission, which transmits a torque steplessly variable by means of the belt 17 and the second belt 19.
  • the transmission 8 is here connected by means of a spur gear 30 to an output 9.
  • the output 9 comprises in the illustration a differential 25, which branches off a torque as needed torque to a left front wheel 15 and a right front wheel 26.
  • the rear axle that is to say also the left rear wheel 27 and the right rear wheel 28, can be engaged as output 9 or used permanently for the propulsion of the motor vehicle 14.
  • a generator 4 is interposed, which is preferably used as an electric drive motor.
  • a first separating clutch 11 is provided between the generator shaft 5 and the drive shaft 3, which according to an embodiment is a force-positive separating clutch.
  • a second separating clutch 12 is further provided, which is designed for example as a friction clutch.
  • the first separating clutch 11 is a friction clutch, for example a coaxially overlapping multi-plate clutch within the rotor of the generator
  • the second separating clutch 12 is a force-locking clutch.
  • both separating clutches 11 and 12 force positively designed.
  • a third separating clutch 13 is provided between the rotor shaft 7 and the input-side first cone pulley pair 18, a direct gear 31 (represented by dashed arrow), for example via a spur gear, being formed between the rotor shaft 7 and the output 9.
  • the hybrid drive train 1 is arranged in front of the driver's cab 20 or partly below the driver's cab 20.
  • the representation is shown stretched in the longitudinal direction with respect to an actual embodiment, so that the internal combustion engine 2 and the electric machine 7 can be accommodated in front of the driver's cab 20.
  • a hybrid drive train 1 is shown schematically, which is arranged for a transverse arrangement, as where the burner axis 22, rotor axis 24 and here also the generator axis 23 transverse to the longitudinal axis 21 in a motor vehicle 14 (see FIG ) can be arranged. Accordingly, the output 9 is indicated by the circuit diagram of a differential 25.
  • a transmission 8 is shown here, which is, for example, a shiftable step transmission. A belt drive is also used here.
  • the generator 4 has only the second clutch 12 on the transmission side (and no first clutch 11 as in FIG. 1).
  • This second separating clutch 12 allows charging of the accumulator by means of the internal combustion engine 2, while the electric machine 6 outputs a torque to the output 9.
  • the drive shaft 3 additionally has a dual-mass flywheel 29 which dampens torque oscillations, so that a corresponding vibration load is not transmitted to the generator shaft 5. the transmission 8 and the output 9 is transmitted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang (1), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: • eine Verbrennungskraftmaschine (2) mit einer Antriebswelle (3) zum Abgeben eines Drehmoments; • einen Generator (4) mit einer Generatorwelle (5) zum Umwandeln eines Drehmoments in elektrische Energie; • eine elektrische Maschine (6) mit einer Rotorwelle (7) zum Abgeben eines Drehmoments; • ein Getriebe (8), welches dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment der Antriebswelle (3) und ein Drehmoment der Rotorwelle (7) zu übersetzen; • einen Abtrieb (9) als Verbraucher eines von der Verbrennungskraftmaschine (2) und/oder der elektrischen Maschine (6) eingegebenen Drehmoments; und • zumindest eine Trennkupplung (11,12) zum Zuschalten und Abschalten einer Drehmomentübertragung von der Antriebswelle (3) auf den Abtrieb (9). Der Hybrid-Antriebsstrang (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) im Drehmomentfluss zwischen der Antriebswelle (3) und dem Getriebe (8) angeordnet ist.

Description

HYBRID ANTRIEBSSTRANG UND FAHRZEUG DAMIT
Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang, bevorzugt für ein Kraftfahrzeug, so- wie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Hybrid-Antriebsstrang.
Aus dem Stand der Technik sind Hybrid-Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge bekannt, bei welchen eine Verbrennungskraftmaschine, meist ein Otto-Motor oder Diesel-Mo- tor, und eine elektrische Maschine vorgesehen sind, wobei die elektrische Maschine über dessen Abtrieb, in der Regel zwei Antriebsrädern, zum Antreiben des Kraftfahr- zeugs eingerichtet ist. Die elektrische Maschine ist dabei parallel oder in Reihe ge- schaltet. Bei einem Parallel-Seriell-Hybrid ist eine elektrische Maschine zum eigen- ständigen Antrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet, zugleich aber auch ein Drehmo- ment von der Verbrennungskraftmaschine an den Abtrieb abgebbar. In einigen An- wendungen ist der Bauraum äußerst begrenzt und es erscheint vorteilhaft, eine elekt- rische Maschine einzusetzen, welche zu gering dimensioniert ist, um ein erforderli- ches Drehmoment zum Anfahren in jeder Situation bereitzustellen. Beispielsweise reicht aufgrund dieser Dimensionierung das Drehmoment der elektrischen Maschine bei einem Anfahren am Hang nicht aus. Dazu ist angedacht, die Verbrennungskraft- maschine zusätzlich oder allein zum Anfahren zu nutzen. Um das zu erreichen, wird ein sogenannter Drehmomentwandler (Torque Converter) eingesetzt. Ein solcher Drehmomentwandler weist in einer Ausführungsform motorseitig ein erstes Schaufel- rad und abtriebseitig ein zweites Schaufelrad auf, wobei ein Drehmoment von dem ersten Schaufelrad nur mittels einer in Rotation versetzte Flüssigkeit auf das zweite Schaufelrad übertragbar ist. Auch wenn damit der Wirkungsgrad relativ gering ist, ist damit auf geringem Bauraum und mit wenigen Komponenten ein sanftes Anfahren er- möglicht. Zudem ist in einer solchen Konfiguration die elektrische Maschine als Haupt- antrieb eingerichtet und die Verbrennungskraftmaschine greift nur ersetzend oder un- terstützend ein, wenn das Drehmoment der elektrischen Maschine nicht ausreicht. Bei besonders wenig verfügbaren Bauraum wird die elektrische Maschine zudem als Ge- nerator benutzt, um den Akkumulator wieder aufzuladen. Währenddessen ist dann nur ein Antrieb mittels Verbrennungskraftmaschine und auch nur mit einem Teil des Dreh- moments möglich. Alternativ ist kein Generator vorgesehen und der Akkumulator ist als Plug-in-Hybrid einzig über eine externe Energiequelle, also über eine Steckdose, aufladbar.
Es ist also angestrebt, möglichst viele der grundsätzlich verfügbaren Antriebsquellen nutzbar zu machen, auch wenn der verfügbare Bauraum sehr gering ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt wer- den. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgen- den Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgen- den Komponenten:
eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Antriebswelle zum Abgeben eines Drehmoments;
einen Generator mit einer Generatorwelle zum Umwandeln eines Drehmo- ments in elektrische Energie;
eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle zum Abgeben eines Drehmo- ments;
ein Getriebe, welches dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment der Antriebswelle und ein Drehmoment der Rotorwelle zu übersetzen;
einen Abtrieb als Verbraucher eines von der Verbrennungskraftmaschine und/oder der elektrischen Maschine eingegebenen Drehmoments; und
zumindest eine Trennkupplung zum Zuschalten und Abschalten einer Drehmo- mentübertragung von der Antriebswelle auf den Abtrieb.
Der Hybrid-Antriebsstrang ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Generator im Drehmomentfluss zwischen der Antriebswelle und dem Getriebe angeordnet ist. Bei dem hier vorgeschlagenen Hybrid-Antriebsstrang sind eine Verbrennungskraftma- schine mit einer um eine Verbrennerachse rotierbaren Antriebswelle, beispielsweise eine Kurbelwelle, ein Generator mit einer um eine Generatorachse rotierbaren Gene- ratorwelle und eine elektrische Maschine mit einer um eine Rotorachse rotierbaren Rotorwelle vorgesehen. Die Verbrennungskraftmaschine und die elektrische Maschine sind gemeinsam über ein Getriebe, beispielsweise ein Zahnradstufengetriebe, mit ei- nem Abtrieb verbunden. In einem Kraftfahrzeug bildet der Abtrieb beispielsweise ein Antriebsrad, bevorzugt zwei Antriebsräder einer gemeinsamen Radachse, also bei- spielsweise Vorderachse oder Hinterachse, oder auch, bevorzugt zuschaltbar und ab- schaltbar, alle Räder in einem Allradantrieb.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die elektrische Maschine direkt an das Getriebe eingangsseitig angeflanscht, sodass eine axial bauraumsparende Anordnung erreicht ist.
Das Getriebe ist mit einer starren Übersetzung oder mit einer veränderlichen, bei- spielsweise schaltbaren, Übersetzung ausgeführt. Die Antriebswelle und die Rotor- welle sind an einer gemeinsamen Eingangsseite des Getriebes zur Drehmomentab- gabe angeschlossen. Besonders bevorzugt sind die Antriebswelle und die Rotorwelle zueinander fluchtend ausgerichtet. In einer Ausführungsform weist die Rotorwelle zu- sätzlich ein, bevorzugt starres, Übersetzungsgetriebe, beispielsweise ein Planetenge- triebe, auf, mittels welchem die Drehzahlbereiche der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschine in den gleichen Bereich überführt sind.
Der hier vorgeschlagenen Hybrid-Antriebsstrang weist zumindest eine Trennkupplung auf, welche es ermöglicht, eine Drehmomentübertragung zwischen der Verbrennungs- kraftmaschine und dem Abtrieb zu unterbrechen. Somit muss die erhebliche träge Masse der Verbrennungskraftmaschine nicht dauerhaft mitgeschleppt werden und es ist ein rein elektrisches Fahren ermöglicht.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass der Generator im Drehmomentfluss zwischen Ab- trieb und dem Getriebe angeordnet ist. Der Generator ist beispielsweise mit seiner Generatorachse parallel zu der Verbrennerachse angeordnet, beispielsweise als Rie- men-Starter-Generator. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator koa- xial zu der Antriebswelle angeordnet. Der Generator ist beispielsweise im Vergleich zu der eingangs genannten Variante, welche einen Drehmomentwandler aufweist, bau- raumneutral anstelle des Drehmomentwandlers eingesetzt. Reicht das Drehmoment der elektrischen Maschinen nicht aus, so kann die Verbrennungskraftmaschine zuge- schaltet werden, womit das erforderliche Drehmoment allein von der Verbrennungs- kraftmaschine an den Abtrieb abgebbar ist oder ein unterstützendes Drehmoment ab- gebbar ist, welches zusammen mit dem Drehmoment der elektrischen Maschine über das gemeinsame Getriebe in den Abtrieb eingeleitet wird. Weiterhin ist mittels der Trennkupplung ein Schaltzustand erreichbar, weicher weiter unten beschrieben ist, in welchem die Verbrennungskraftmaschine abgekuppelt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Generator auch als elektrischer Antriebsmotor betreibbar. Damit ist von dem Generator im Drehmomentabgabebetrieb zusätzlich zum Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine oder allein (abhängig von der Anordnung der Trennkupplung) ein unterstützendes Drehmoment abgebbar, welches über das gemeinsame Getriebe in den Abtrieb eingeleitet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine einzige Trennkupplung vorgese- hen. Diese ist gemäß nachfolgender Beschreibung als erste Trennkupplung oder als zweite Trennkupplung ausgeführt. Es sei daher darauf hingewiesen, dass der Begriff zweite Trennkupplung nicht bedeutet, dass eine erste Trennkupplung vorgesehen sein muss. In der Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wider.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs ist eine erste der Trennkupplungen verbrennerseitig zu dem Generator angeordnet, und eine Dreh- momentübertragung zwischen der Antriebswelle und der Generatorwelle mittels der Trennkupplung unterbrechbar ist, wobei bevorzugt die erste Trennkupplung axial überlappend mit dem Generator verbunden ist. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die Trennkupplung verbrennerseitig ange- ordnet, das heißt zwischen der Antriebswelle und der Generatorwelle des Generators. Damit ist zwar die Verbrennungskraftmaschine von dem Abtrieb abkuppelbar, aber die Generatorwelle ist dauerhaft mit dem Abtrieb verbunden. Ein Aufladebetrieb mittels Zusammenwirken von Verbrennungskraftmaschine und Generator ist also nur dann möglich, wenn zugleich die Antriebswelle mit dem Abtrieb verbunden ist. Allerdings ist es auch möglich, das verbrennerseitig erzeugte Drehmoment von dem Widerstands- moment des Generators zum Erzeugen einer Ladespannung aufzunehmen, sodass kein oder nur ein Teil des Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine an den Ab- trieb abgegeben wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist dann der Generator als elektrischer Antriebsmotor betreibbar, sodass nicht oder nicht allein die Verbren- nungskraftmaschine zur Abgabe eines (unterstützenden) Drehmoments eingerichtet ist, sondern auch der Generator als elektrischer Antriebsmotor ein (unterstützendes) Drehmoment abgeben kann. Die Trennkupplung ist, sofern es die einzige Trennkupp- lung ist, bevorzugt als Reibkupplung, beispielsweise Lamellenkupplung, ausgeführt, sodass zum einen die Generatorwelle zu der Antriebswelle nicht synchronisiert wer- den muss und zum anderen ein relativ sanfter Drehmomentanstieg trotz einer Mini- maldrehzahl der Antriebswelle (etwa die Leerlaufdrehzahl) erreichbar ist. Zudem ist die Reibkupplung dazu geeignet, über den Generator als Startergenerator angelassen zu werden, wobei die Antriebswelle über diese Reibkupplung schlupfend anlassbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs ist getriebe- seitig zu dem Generator eine zweite der Trennkupplungen angeordnet ist, mittels wel- cher eine Drehmomentübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe unterbrechbar ist.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass der Begriff zweite Trennkupplung nicht be- deutet, dass eine erste Trennkupplung vorgesehen sein muss. Die vorgeschlagene zweite Trennkupplung ist gemäß einer Ausführungsform die einzige Trennkupplung im Drehmomentfluss zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die Trennkupplung getriebeseitig ange- ordnet, das heißt zwischen der Generatorwelle des Generators und der Eingangsseite des Getriebes.
Die zweite Trennkupplung ist nun also getriebeseitig zu dem Generator angeordnet. Das heißt der Generator ist mittels dieser zweiten Trennkupplung von dem Getriebe abkuppelbar jedoch nicht mittels dieser zweite Trennkupplung von der Antriebswelle abkuppelbar. Diese zweite Trennkupplung ermöglicht ein Aufladen eines Akkumula- tors mittels der Verbrennungskraftmaschine während zugleich mittels der elektrischen Maschine ein Drehmoment an den Abtrieb abgebbar ist. Hierbei ist also bei entspre- chender elektrischer Beschaltung auch eine elektrische Weiterfahrt möglich, wenn der Akkumulator leer ist beziehungsweise aus regelungstechnischen Gründen keine Nutz- spannung abgeben kann. Dies ist dadurch erreichbar, indem die erzeugte elektrische Spannung an dem Generator mittels des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, zumindest teilweise, direkt zur Versorgung der elektrischen Maschine abgegeben wird. Wird die zweite Trennkupplung geschlossen, so ist ein alleiniges Antreiben des Abtriebs mittels der Verbrennungskraftmaschine und des Generators (als elektrisch Antriebsmotor) oder ein Boosten, also eine Abgabe eines unterstützenden Drehmo- ments bei gleichzeitiger Abgabe eines Drehmoments über die Rotorwelle der elektri- schen Maschine, möglich. Weiterhin ist es möglich, mittels der Verbrennungskraftma- schine einen Teil des Drehmoments dem Abtrieb zur Verfügung zu stellen und einen Teil des Drehmoments über den Generator abzunehmen, um den Akkumulator aufzu- laden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs ist die An- triebswelle nur mittelbar über die abkuppelbare Generatorwelle mit dem Umschlin- gungsgetriebe verbunden.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine nur mittelbar über die Generatorwelle mit dem Abtrieb verbunden. Hierzu ist bevorzugt die Generatorwelle koaxial zu der Antriebswelle angeordnet. Diese Anordnung erlaubt eine besonders kleine Bauweise und erfüllt dennoch mit der zumindest einen Trenn- kupplung die gewünschten Drehmomentverläufe, wie sie eingangs beschrieben sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl eine erste als auch eine zweite Trennkupplung vorgesehen, also im Drehmomentfluss links und rechts des Ge- nerators. Damit ist sowohl ein Aufladen während einer Drehmomentabgabe von der Rotorwelle an den Abtrieb als auch ein rein elektrisches Boosten, also mittels des von der Verbrennungskraftmaschine abgekuppelten Generators, welcher als elektrischer Antriebsmotor betreibbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs sind eine erste und eine zweite Trennkupplung nach der obigen Beschreibung im Drehmoment- fluss also vor und hinter dem Generator angeordnet. Bevorzugt ist die erste Trenn- kupplung und/oder die zweite Trennkupplung eine formschlüssige Kupplung oder eine form-kraftschlüssige Kupplung ist.
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eine Trennkupplung als form- schlüssige Drehmomentkupplung ausgeführt, sodass die zu verbindenden Wellen zu- mindest in einem engen Winkelgeschwindigkeitsbereich zueinander synchronisiert werden müssen. Beispielsweise ist die Trennkupplung als Klauenkupplung ausge- führt. Besonders bevorzugt ist die Trennkupplung form-kraftschlüssig ausgeführt, bei- spielsweise als eine sogenannte Wedge Clutch. Eine Wedge-Clutch weist einen Nabenkonus und einen (abgerundet) polygonen Mitnehmerkonus auf, welcher, bevor- zugt mit einem als Festkörperfeder ausgeführten korrespondierenden ausgeführten, Aufnahmekonus axial einführbar ist. Bei einer solchen Wedge Clutch sind Relativdreh- zahlen von 20 bis 30 U/min [Umdrehungen pro Minute] schaltbar, weil der Eingriff nicht rein formschlüssig, sondern kraftschlüssig gebildet ist.
Weil die Drehzahl des Generators frei einregelbar ist, ist eine Relativdrehzahl zwi- schen Antriebswelle und/oder Eingangsseite des Getriebes auf null regelbar oder zu- mindest ausreichend nah an Null heranführbar, sodass ein Schalten einer solchen Trennkupplung in (nahezu) jedem Zustand möglich ist. Eine Trennkupplung, bei wel- cher ein Schlupf bei großen Relativdrehzahlen zulässig ist, ist daher nicht notwendig. Eine (eher) formschlüssige Trennkupplung ist deutlich weniger aufwendig hinsichtlich der Beschaltung. Gemäß einer Ausführungsform ist die verbrennerseitige (erste) Trennkupplung eine Reibkupplung und die getriebeseitige (zweite) Trennkupplung eine (kraft-) formschlüs- sige Kupplung. Weil der Generator in seiner Drehzahl fein abgestimmt ansteuerbar ist, ist auch bei anliegender Drehzahl an der zweiten Trennkupplung ein Synchronisieren ermöglicht.
In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Trennkupplung als (kraft-) form- schlüssige Kupplung und die zweite Trennkupplung als Reibkupplung ausgeführt, wo bei die Generatorwelle auf die erforderliche Drehzahl der Antriebswelle gebracht wird. Mittels der zweiten Trennkupplung ist die anliegende Drehzahl an der Antriebswelle (und der Getriebewelle) konventionell über die Reibkupplung relativ sanft in den Ab- trieb einleitbar.
In einer weiteren Alternative sind beide Trennkupplungen als (kraft-) formschlüssige Kupplungen ausgeführt, wobei bevorzugt zumindest eine der beiden Trennkupplung als Wedge-Clutch ausgeführt ist. Sofern getriebeausgangsseitig, also zwischen Ge- triebe und Abtriebe eine weitere schlupfende Kupplung, beispielsweise eine Reib- kupplung beziehungsweise eine Rutschkupplung, oder ein Drehmomentwandler vor- gesehen ist, ist kein ungewünscht plötzlicher Drehmomentanstieg am Abtrieb spürbar.
Aber auch in einer Ausführung mit einer starren Verbindung zwischen Generatorwelle beziehungsweise getriebeseitigem Kupplungspartner der zweiten Trennkupplung, ist eine Beschaltung möglich, in welcher ein ungewünscht plötzlicher Drehmomentan- stieg nicht an den Abtrieb weitergegeben wird. Beispielsweise wird die zweite Trenn- kupplung getrennt, um die Verbrennungskraftmaschine mittels des (Starter-) Genera- tors anzulassen. Alternativ ist ein separater Anlasser vorgesehen und die erste Trenn- kupplung getrennt. Wenn die zweite Trennkupplung geschlossen ist, während die An- triebswelle mittels der ersten Trennkupplung von der Generatorwelle getrennt ist, wird die erste Trennkupplung geschlossen, sobald die Antriebswelle eine zu dem Abtrieb (etwa) gleiche Drehzahl erreicht. Alternativ bleibt die zweite Trennkupplung offen wäh- rend die erste Trennkupplung vom Zeitpunkt des Anlassens an oder einem späteren (unabhängig vom Abtrieb synchronisierten) Zeitpunkt an geschlossen bleibt. Erst wenn dann eine Drehzahlangleichung zwischen Getriebeeingangsseite und Genera- torwelle erreicht ist, schließt die zweite Trennkupplung. Die Drehzahl der Getriebeein- gangswelle ist über die elektrische Maschine präzise ansteuerbar einstellbar und/oder über eine elektrische Motorbremse (Rekuperation). Die Schaltvorgänge sind dabei derart schnell ausführbar, dass der Fahrer von der Drehzahlangleichung nichts merkt. Um zu vermeiden, dass eine in dem, bevorzugt starren, Drehmomentstrang zwischen- geschaltete Zahnpaarung eines schaltbaren Stirnradgetriebes in einer
Zahn-auf-Zahn-Stellung steht, wenn ein Drehmoment übertragen werden soll, ist mit- tels der elektrischen Maschine und/oder des Generators eine langsame und/oder drehmomentschwache Drehung vor der Einleitung eines gewünschten (größeren) Drehmoments durchführbar, sodass die Zahnpaarung ohne Drehmomentsprung in Eingriff gebracht ist.
Solche von (kraft-) formschlüssigen Kupplung haben den Vorteil, dass sie besonders geringen Bauraum benötigen und wenig zusätzliche Komponenten zu einem ord- nungsgemäßen Betrieb benötigen. Allein eine axiale Stellvorrichtung, beispielsweise ein schaltbares Druckventil hin zu einer Druckquelle, ist notwendig, um die Trenn- kupplung zu schließen beziehungsweise zu öffnen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs ist das Ge- triebe ausgangsseitig unlösbar mit dem Abtrieb verbunden.
Bei dieser Ausführungsform, ausdrücklich mit jeder der vorgenannten Ausführungsfor- men kompatibel ist, ist abtriebseitig des Getriebes keine weitere Trennkupplung, ins- besondere keine Reibkupplung vorgesehen. Bei einem Getriebe mit einer veränderba- ren Übersetzung und/oder einem rein elektrischen Anfahren, beispielsweise mittels elektrischer Maschine und gegebenenfalls zusätzlich mittels des Generators als elekt- rischem Antriebsmotor, ist ein sanftes Anfahren rein elektrisch steuerbar ermöglicht und damit kein Wirkungsgradverlust über eine dauerhaft zwischengeschaltete Kupp- lung, insbesondere Reibkupplung, notwendig. Damit ist zwischen der elektrischen Ma- schine und dem Abtrieb eine starre Drehmomentübertragung geschaffen, wobei abge- sehen von den Getriebeelementen, und es sind keine Wirkungsgradverluste geschaf- fen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs ist das Ge- triebe ein Umschlingungsgetriebe.
Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform ist ein Umschlingungsgetriebe zwischen dem der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, mit- tels welchem eine stufenlos veränderbare Übersetzung einstellbar ist. Ein solches Umschlingungsgetriebe ist beispielsweise als CVT (engl.: continuous variable trans- mission) bezeichnet.
Dadurch ist eine elektrische Maschine mit einer geringen Drehzahl und/oder einer ge- ringen Drehzahlspanne einsetzbar, wodurch eine elektrische Maschine kleiner Bau- größe einsetzbar ist. Alternativ ist ein Planetengetriebe zwischen Umschlingungsge- triebe und elektrische Maschine zwischen geschaltet, sodass die Drehzahl der elektri- schen Maschine im Vergleich zu einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine hoch und zugleich ein Drehmoment gering ist. Das Planetengetriebe übersetzt das Drehmoment und untersetzt die Drehzahl auf die gewünschten Werte, beispielsweise (getriebeeingangsseitig) ein Drehzahlbereich von 3.000 U/min [dreitausend Umdre- hungen pro Minute] bis 7.000 U/min einsetzbar bei einem maximalen Drehmoment von 250 Nm. Ein Planetengetriebe erlaubt eine große Drehzahluntersetzung auf gerin- gem axialen Bauraum bei, aufgrund der wenigen Zahnpaarungen, im Vergleich zu Stirnradgetrieben hohem Wirkungsgrad.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs ist im Dreh- momentfluss zwischen der Rotorwelle und dem Getriebe eine dritte Trennkupplung angeordnet und die Rotorwelle ist unter Umgehung des Umschlingungsgetriebes di- rekt mit dem Abtrieb, bevorzugt unlösbar, verbunden.
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Rotorwelle und der Ein- gangsseite des Getriebes eine dritte Trennkupplung vorgesehen, mittels welcher ein Abkuppeln der Rotorwelle von der Getriebeeingangsseite ermöglicht ist. Weiterhin ist eine Drehmomentübertragung von der elektrischen Maschine direkt auf den Abtrieb mittels eines Direktgangs ermöglicht, sodass größere Wirkungsgradverluste über das Getriebe umgangen sind. Der so gebildete Direktgang zwischen elektrischen Ma- schine und dem Abtrieb ist eingerichtet entweder für ein Anfahren zur Vergrößerung des verfügbaren Drehmoments oder für die (normale) elektrische Fahrt, bei welcher eine relativ hohe Drehzahl an den Antriebsrädern gefordert ist aber kein hohes Dreh- moment. Für den jeweils anderen Fall ist dann der Drehmomentfluss über die ge- schlossene dritte Trennkupplung über das Getriebe geleitet.
Die dritte Trennkupplung ist bevorzugt eine (kraft-) formschlüssige Kupplung wie sie oben beschrieben ist. Die Rotorwelle ist dann also zunächst zu der Getriebeeingangs- welle zu synchronisieren, bevor die dritte Trennkupplung geschlossen werden kann.
Hin zu dem Abtrieb ist die Rotorwelle in dem Direktgang bevorzugt mittels einer Stirn- radstufe mit einem besonders geringen Wirkungsgradverlust verbunden. Die Rotor- welle ist dabei bevorzugt über diesen Direktgang unlösbar mit dem Abtrieb verbunden. Das heißt es keine weitere Trennkupplung zwischen der elektrischen Maschine und der dem Abtrieb vorgesehen. Wird die dritte Trennkupplung geschlossen, so läuft wei- terhin ein Drehmoment über diesen Direktgang zu dem Abtrieb. Der damit verbundene Wirkungsgradverlust ist über das zusätzliche Drehmoment von dem Generator und/o- der der Verbrennungskraftmaschine ausgleichbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Flybrid-Antriebsstrangs ist die elektri- sche Maschine und/oder der Generator in beiden Drehrichtungen betreibbar ist.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die elektrische Maschine ebenfalls rückwärts be- treibbar. Alternativ oder ergänzend ist der Generator als Antriebsmotor in beiden Drehrichtungen betreibbar. Daraus folgt, dass kein Umkehrgetriebe notwendig ist, in- dem dann einzig elektrisch eine Rückwärtsfahrt möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Umschlingungsgetriebe, beispiels- weise gemäß obiger Beschreibung, ist für den die rückwärtige Drehrichtung eine Trennkupplung, beispielsweise eine dritte Trennkupplung gemäß der obigen Beschrei- bung, vorgesehen, sodass das Umschlingungsgetriebe allein in eine Richtung betrie- ben ist. Dies erleichtert die Auslegung des Umschlingungsgetriebes, weil stets das gleiche Trum des Umschlingungsmittels das Lasttrum bildet und somit ist ein gestei- gerter Wirkungsgrad ermöglicht. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend ei- nen Hybrid-Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschrei- bung, wobei der Abtrieb zumindest ein Antriebsrad aufweist.
Kraftfahrzeuge mit einem Hybrid-Antriebsstrang weisen aufgrund der Vielzahl der ein- zelnen Antriebskomponenten einen sehr geringen Bauraum auf. Daher ist es beson- ders vorteilhaft, einen Hybrid-Antriebsstrang kleiner Baugröße beziehungsweise mit einer flexibel gestaltbaren Anordnung der Komponenten zu verwenden.
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Funktionseinheiten in einem Per- sonenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größe- rer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung ste- hende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Der hier vorgeschlagene Hyb- rid-Antriebsstrang ist kompakt gestaltbar und ist besonders flexibel hinsichtlich der An- ordnung der Komponenten.
Bevorzugt ist der Generator axial überlappend koaxial zu der Antriebswelle der Ver- brennungskraftmaschine angeordnet. Ein Drehmomentwandler, und bevorzugt auch eine schlupfende Kupplung, sind im gesamten Hybrid-Antriebsstrang nicht vorgese- hen. Dadurch werden ein kompakter Aufbau und ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Zu dem ist ein einfaches Konzept einer Trennkupplung einsetzbar, mit welchem schlupf- frei alle gewünschten Schaltzustände einstellbar sind.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Sub- compact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Super- mini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio. Bekannte
Voll-Hybride in der Kleinwagenklasse sind der BMW i3, der Audi A3 e-tron oder der Toyota Yaris Hybrid. Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein sche- matischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
Fig. 1 : schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang in Längsan- ordnung; und
Fig. 2: schematisch Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug in Queranordnung.
In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 14 mit einem Hybrid-Antriebsstrang 1 dar- gestellt, bei welchem eine Verbrennungskraftmaschine 2 und eine elektrische Ma- schine 6 in einer Längsanordnung, also mit ihrer Verbrennerachse 22 und Rotor- achse 24 parallel zu der Längsachse 21 des Kraftfahrzeugs 14 ausgerichtet. Die Ge- neratorachse 23 ist hierbei ebenfalls fluchtend und mit der Verbrennerachse 22 und der Rotorachse 24 angeordnet. Die elektrische Maschine 6 ist mit ihrer Rotorwelle 7 eingangsseitig mit einem ersten Kegelscheibenpaar 18 eines als Umschlingungsge- triebe ausgeführten Getriebes 8 verbunden, welches ein Drehmoment stufenlos ver- änderbar mittels des Umschlingungsmittels 17 und des zweiten Kegelscheiben- paars 19 überträgt. Ausgangsseitig ist des Getriebe 8, hier mittels eines Stirnradge- triebes 30 mit einem Abtrieb 9 verbunden. Der Abtrieb 9 umfasst in der Darstellung ein Differenzial 25, welches ein Drehmoment bedarfsgerecht ein Drehmoment zu einem linken Vorderrad 15 und zu einem rechten Vorderrad 26 aufzweigt. Gemäß einer opti- onalen Ausführungsform ist die Hinterachse, also auch das linke Hinterrad 27 und das rechte Hinterrad 28 als Abtrieb 9 zuschaltbar oder dauerhaft für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs 14 nutzbar. Zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 beziehungs- weise deren Antriebswelle 3 und dem eingangsseitigen ersten Kegelscheibenpaar 18 ist ein Generator 4 zwischengeschaltet, welcher bevorzugt als elektrischer An- triebsmotor nutzbar ist. Hierbei ist zwischen der Generatorwelle 5 und der Antriebs- welle 3 eine erste Trennkupplung 11 vorgesehen, welche gemäß einer Ausführungs- form eine kraft-formschlüssige Trennkupplung ist. Zwischen der Generatorwelle 5 und dem eingangsseitigen ersten Kegelscheibenpaar 18 ist weiterhin eine zweite Trenn- kupplung 12 vorgesehen, welche beispielsweise als Reibkupplung ausgeführt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Trennkupplung 11 eine Reibkupp- lung, beispielsweise eine koaxial überlappende Lamellenkupplung innerhalb des Ro- tors des Generators, und die zweite Trennkupplung 12 eine kraft-) formschlüssige Kupplung. Besonders bevorzugt sind beide Trennkupplungen 11 und 12 (kraft-) form- schlüssig ausgeführt. Optional ist hier eine dritte Trennkupplung 13 zwischen der Ro- torwelle 7 und dem eingangsseitigen ersten Kegelscheibenpaar 18 vorgesehen, wobei ein Direktgang 31 (dargestellt mit gestricheltem Pfeil), beispielsweise über ein Stirn- radgetriebe, zwischen der Rotorwelle 7 und dem Abtrieb 9 gebildet ist. In dem hier ge- zeigten Beispiel ist der Hybrid-Antriebstrang 1 vor der Fahrerkabine 20 beziehungs- weise teils unterhalb der Fahrerkabine 20 angeordnet. Bevorzugt ist die Darstellung gegenüber einer tatsächliche Ausführungsform in Längsrichtung gestreckt dargestellt, sodass die Verbrennungskraftmaschine 2 und die elektrische Maschine 7 vor der Fah- rerkabine 20 Platz finden.
In Fig. 2 ist ein Hybrid-Antriebstrang 1 schematisch dargestellt, welcher für eine Quer- anordnung eingerichtet ist, als wo die Verbrennerachse 22, Rotorachse 24 und hier auch der Generatorachse 23 quer zu der Längsachse 21 in einem Kraftfahrzeug 14 (vergleiche Fig. 1 ) angeordnet werden kann. Entsprechend ist der Abtrieb 9 mit dem Schaltschema eines Differenzial 25 angedeutet. Unabhängig davon ist in einer weite- ren optionalen Alternative zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung des Hybrid-An- triebstrangs 1 , ist hier ein Getriebe 8 gezeigt, welches beispielsweise ein schaltbares Stufengetriebe ist. Ein Umschlingungsgetriebe ist hier ebenfalls einsetzbar. Weiterhin weist im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Generator 4 einzig getriebeseitig die zweite Trennkupplung 12 auf (und keine erste Trennkupplung 11 wie in Fig. 1 ). Diese zweite Trennkupplung 12 ermöglicht ein Aufladen des Akkumulators mittels der Verbrennungskraftmaschine 2, während die elektrische Maschine 6 ein Drehmoment an den Abtrieb 9 abgibt. Unabhängig davon weist in einer weiteren opti- onalen Alternative zu dem in Fig. 1 gezeigten Hybrid-Antriebstrang 1 die Antriebs- welle 3 zudem ein Zweimassenschwungrad 29 auf, welches Drehmomentschwingun- gen dämpft, sodass eine entsprechende Schwingungslast nicht auf die Generator- welle 5, das Getriebe 8 und den Abtrieb 9 übertragen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zu einer anderen Zusammen- setzung der Komponenten im Rahmen der obigen Ausführungsformen zusammen- stellbar sind, bevorzugt die optionalen Merkmale beider Darstellungen jeweils aus- tauschbar beziehungsweise einzeln ergänzbar sind.
Mit dem hier vorgeschlagenen Flybrid-Antriebsstrang ist auf geringem Bauraum eine Vielzahl von Schaltzuständen bei beherrschbarer Komplexität der Einstellung der Schaltzustände ermöglicht.
Bezuqszeichenliste Hybrid-Antriebsstrang
Verbrennungskraftmaschine
Antriebswelle
Generator
Generatorwelle
elektrische Maschine
Rotorwelle
Getriebe
Abtrieb
erste T rennkupplung
zweite Trennkupplung
dritte T rennkupplung
Kraftfahrzeug
linkes Vorderrad
rechtes Vorderrad
Umschlingungsmittel
erstes Kegelscheibenpaar
zweites Kegelscheibenpaar
Fahrerkabine
Längsachse
Verbrennerachse
Generatorachse
Rotorachse
Differential
linkes Hinterrad
rechtes Hinterrad
Zweimassenschwungrad
Stirnradstufengetriebe
Direktgang

Claims

Patentansprüche
1. Hybrid-Antriebsstrang (1 ), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Verbrennungskraftmaschine (2) mit einer Antriebswelle (3) zum Abgeben eines Drehmoments;
- einen Generator (4) mit einer Generatorwelle (5) zum Umwandeln eines Dreh- moments in elektrische Energie;
- eine elektrische Maschine (6) mit einer Rotorwelle (7) zum Abgeben eines Drehmoments;
- ein Getriebe (8), welches dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment der Antriebs- welle (3) und ein Drehmoment der Rotorwelle (7) zu übersetzen;
- einen Abtrieb (9) als Verbraucher eines von der Verbrennungskraftmaschine (2) und/oder der elektrischen Maschine (6) eingegebenen Drehmoments; und
- zumindest eine Trennkupplung (11 ,12) zum Zuschalten und Abschalten einer Drehmomentübertragung von der Antriebswelle (3) auf den Abtrieb (9),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Generator (4) im Drehmomentfluss zwischen der Antriebswelle (3) und dem Getriebe (8) angeordnet ist.
2. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 , wobei eine erste der Trennkupplun- gen (11 ) verbrennerseitig zu dem Generator (4) angeordnet ist, und eine Drehmo- mentübertragung zwischen der Antriebswelle (3) und der Generatorwelle (5) mit- tels der Trennkupplung (11 ) unterbrechbar ist, wobei bevorzugt die erste Trenn- kupplung (11 ) axial überlappend mit dem Generator (4) verbunden ist.
3. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei getriebeseitig zu dem Generator (4) eine zweite der Trennkupplungen (12) angeordnet ist, mittels wel- cher eine Drehmomentübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine (2) und dem Getriebe (8) unterbrechbar ist.
4. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 2 und 3, wobei die Antriebswelle (3) nur mittelbar über die abkuppelbare Generatorwelle (5) mit dem Umschlingungsge- triebe (8) verbunden ist.
5. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 4, wobei die erste Trennkupplung (11 ) und/oder die zweite Trennkupplung (12) eine formschlüssige Kupplung, bevorzugt eine Klauenkupplung, oder eine form-kraftschlüssige Kupplung, bevorzugt eine Wedge-Clutch, ist.
6. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Getriebe (8) ausgangsseitig unlösbar mit dem Abtrieb (9) verbunden ist.
7. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Getriebe (8) ein Umschlingungsgetriebe ist.
8. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Drehmomentfluss zwischen der Rotorwelle (7) und dem Getriebe (8) eine dritte Trennkupplung (13) angeordnet ist und die Rotorwelle (7) unter Umgehung des Umschlingungsgetriebes (8) direkt mit dem Abtrieb (9), bevorzugt unlösbar, ver- bunden ist.
9. Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (6) und/oder der Generator (4) in beiden Drehrichtungen be- treibbar ist.
10. Kraftfahrzeug (14) umfassend einen Hybrid-Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 9, wobei der Abtrieb (9) zumindest ein Antriebsrad (15,16) aufweist.
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