DE102012219697A1 - Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben desselben Download PDF

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Abstract

Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), einer elektrischen Maschine (3) und einem Getriebe (4), wobei zwischen eine Welle des Verbrennungsmotors (2) und eine Welle des Getriebe (4) eine getriebeinterne oder getriebeexterne Lamellenkupplung (6) geschaltet ist, die bei stillstehendem Verbrennungsmotor (2) während einer rein elektrischen Fahrt des Hybridfahrzeugs geöffnet ist und die während einer hybridischen Fahrt des Hybridfahrzeugs geschlossen ist, wobei die Lamellenkupplung (6) mehrere Innenlamellen und mehrere Außenlamellen (9) aufweist, die über ein druckbeaufschlagtes Betätigungselement entgegen der Rückstellkraft eines Rückstellelements zum Schließen der Lamellenkupplung (6) zusammendrückbar ist, wobei zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) beim Übergang von der rein elektrischen Fahrt des Hybridfahrzeugs in die hybridische Fahrt des Hybridfahrzeugs die Lamellenkupplung (6) derart stufenweise schließbar ist, dass zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) ausschließlich eine Teilmenge der Innenlamellen und Außenlamellen ein Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) überträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben derselben.
  • Aus der EP 2 311 680 A2 ist eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe bekannt. Zwischen einer Welle des Verbrennungsmotors und einer Welle des Getriebes ist eine Lamellenkupplung geschaltet, die bei stillstehendem Verbrennungsmotor während einer rein elektrischen Fahrt geöffnet und die beim hybridischen Fahren beim laufendem Verbrennungsmotor geschlossen ist. Die Lamellenkupplung verfügt über mehrere an einem Innenlamellenträger aufgenommene Innenlamellen sowie über mehrere an einem Außenlamellenträger aufgenommene Außenlamellen, wobei die Innenlamellen und die Außenlamellen über ein druckbeaufschlagtes Betätigungselement, welches vorzugsweise als Betätigungskolben ausgeführt ist, entgegen der Rückstellkraft eines vorzugsweise als Rückstellfeder ausgebildeten Rückstellelements zum Schließen der Lamellenkupplung zusammendrückbar sind.
  • Beim Übergang vom rein elektrischen Fahren in ein hybridisches Fahren bei einem solchen Hybridfahrzeug muss während der rein elektrischen Fahrt der Verbrennungsmotor zugestartet werden. Dies erfolgt vorzugsweise über einen sogenannten Schleppstart, wobei dann die zwischen das Getriebe und den Verbrennungsmotor geschaltete Lamellenkupplung, die bei elektrischer Fahrt geöffnet ist, geschlossen wird.
  • Diese Lamellenkupplung ist für das Übertragen hoher Drehmomente ausgelegt, wodurch das Problem besteht, dass durch Schließen der Lamellenkupplung das Zustarten des Verbrennungsmotors am Abtrieb spürbar wird. Dies wird fahrerseitig bzw. beifahrerseitig als unkomfortabel empfunden.
  • Es besteht daher Bedarf an einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug und einem Verfahren zum Betreiben desselben, mit Hilfe derer das Zustarten des Verbrennungsmotors aus rein elektrischer Fahrt heraus mit höherem Komfort durchgeführt werden kann.
  • Aus der EP 1 612 440 A1 ist eine Lamellenkupplung bekannt, die stufenweise geschlossen werden kann. Hierzu umfasst die Lamellenkupplung vorzugsweise als Wellfedern ausgeführte Abstandsfederelemente, die ein stufenweises Aneinanderpressen einzelner Lamellen oder Gruppen von Lamellen der Lamellenkupplung ermöglichen.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben derselben zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist zum Zustarten des Verbrennungsmotors beim Übergang von der rein elektrischen Fahrt in die hybridische Fahrt die Lamellenkupplung derart stufenweise schließbar, dass zum Zustarten des Verbrennungsmotors ausschließlich eine Teilmenge der Innenlamellen und Außenlamellen ein Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors überträgt.
  • Die Erfindung ermöglicht ein besonders komfortables Zustarten eines Verbrennungsmotors bei rein elektrischer Fahrt eines Hybridfahrzeugs. Beim Zustarten des Verbrennungsmotors überträgt ausschließlich eine Teilmenge der Lamellen der Lamellenkupplung das zum Zustarten zu übertragende Drehmoment. Dadurch kann der Verbrennungsmotor bezogen auf den Abtrieb nahezu rückwirkungsfrei und demnach für einen Fahrer bzw. Beifahrer nicht spürbar zugestartet werden.
  • Nach einer ersten Weiterbildung sind einer ersten Gruppe der Innenlamellen oder einer ersten Gruppe der Außenlamellen erste Federelemente mit einer ersten, relativ großen Federkonstanten zugeordnet, welche dem Schließen der Lamellenkupplung entgegenwirken, wobei einer zweiten Gruppe der Innenlamellen oder einer zweiten Gruppe der Außenlamellen zweite Federelemente mit einer zweiten, relativ kleinen Federkonstanten zugeordnet sind, welche dem Schließen der Lamellenkupplung ebenfalls entgegenwirken, wobei zum Zustarten des Verbrennungsmotors ausschließlich die zweite Gruppe der Innenlamellen und Außenlamellen das Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors übertragen. Diese Ausgestaltung, in der unterschiedliche Federelemente mit unterschiedlichen Federkonstanten an der Lamellenkupplung verbaut sind, verfügt über den Vorteil, dass in diesem Fall auf ein separates Rückstellelement für das Betätigungselement verzichtet werden kann.
  • Nach einer zweiten, alternativen Weiterbildung sind einer ersten Gruppe der Innenlamellen oder einer ersten Gruppe der Außenlamellen Federelemente zugeordnet, welche dem Schließen der Lamellenkupplung entgegenwirken, wohingegen einer zweiten Gruppe der Innenlamellen oder einer zweiten Gruppe der Außenlamellen keine derartigen Federelemente zugeordnet sind, wobei zum Zustarten des Verbrennungsmotors ausschließlich die zweite Gruppe der Innenlamellen und Außenlamellen das Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors übertragen. Diese Weiterbildung der Erfindung verfügt über den Vorteil, dass dieselbe mit einer geringeren Anzahl an Baugruppen auskommt, da lediglich einer Gruppe von Lamellen entsprechende Federelemente zugeordnet sind.
  • Vorzugsweise sind die Federelemente vorgespannt. Mit dieser Ausgestaltung kann zum Zustarten des Motors ein höheres Drehmoment übertragen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug ist in Patentanspruch 6 definiert. Zum Zustarten des Verbrennungsmotors wird die Lamellenkupplung über das druckbeaufschlagte Betätigungselement derart stufenweise geschlossen, dass zunächst in einer ersten Phase durch Druckerhöhung am Betätigungselement ausschließlich ein Lüftspiel zwischen den Innenlamellen oder den Außenlamellen der zweiten Gruppe reduziert wird, sodass die Lamellenkupplung zunächst ausschließlich ein Schleppmoment überträgt, und dass anschließend in einer zweiten Phase durch weitere Druckerhöhung am Betätigungselement auch ein Lüftspiel zwischen den Innenlamellen oder den Außenlamellen der ersten Gruppe reduziert wird, sodass über die zweite Teilgruppe der Innenlamellen oder Außenlamellen ein Drehmoment und über die erste Teilgruppe der Innenlamellen oder Außenlamellen ein Schleppmoment übertragbar ist, wobei das Zustarten des Verbrennungsmotors in der zweiten Phase erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein besonders komfortables Zustarten des Verbrennungsmotors aus einer elektrischen Fahrt des Hybridfahrzeugs heraus.
  • Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein exemplarisches Schema einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug;
  • 2 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug; und
  • 3 ein vergrößertes Detail der 2.
  • 1 zeigt eine schematisierte Ansicht einer Antriebseinheit 1 für ein Hybridfahrzeug, wobei die Antriebseinheit 1 einen Verbrennungsmotor 2, eine elektrische Maschine 3 und ein Getriebe 4 umfasst. Das Getriebe 4 ist zwischen den Verbrennungsmotor 2 bzw. die elektrische Maschine 3 und einen Abtrieb 5 des Hybridfahrzeugs geschaltet.
  • Dann, wenn das Hybridfahrzeug rein elektrisch fährt, ist der Verbrennungsmotor 2 stillgesetzt bzw. ausgeschaltet und über eine geöffnete Lamellenkupplung 6 vom Abtrieb 5 abgekoppelt. Bei einer hybridischen Fahrt ist die Lamellenkupplung 6 geschlossen und demnach der Verbrennungsmotor 2 an den Abtrieb 5 angekoppelt.
  • Bei der Lamellenkupplung 6 kann es sich um eine getriebeinterne oder getriebeexterne Lamellenkupplung handeln.
  • Die Lamellenkupplung 6 ist zwischen eine Welle des Verbrennungsmotors 2 und eine Welle des Getriebes 4 geschaltet.
  • Zusätzlich verfügt das Getriebe 4 weitere Schaltelemente 7, die zur Ausführung eines Gangwechsels geschlossen bzw. geöffnet werden können, wobei es sich bei den Schaltelementen 7 um formschlüssige sowie reibschlüssige Schaltelemente handeln kann.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug im Bereich der Lamellenkupplung 6, wobei die Lamellenkupplung 6 gemäß 2 mehrere an einem Außenlamellenträger 8 aufgenommene Außenlamellen 9 sowie mehrere an einem Innenlamellenträger 10 aufgenommene Innenlamellen 11 umfasst.
  • Zum Schließen der Lamellenkupplung 6 sind die Außenlamellen 9 und die Innenlamellen 11 zusammendrückbar, nämlich über ein druckbeaufschlagtes Betätigungselement 12, wobei es sich bei diesem druckbeaufschlagten Betätigungselement 12 vorzugsweise um einen Betätigungskolben handelt. Durch Erhöhung eines Drucks in einem Kolbenraum 13 des Betätigungskolbens 12 können demnach die Lamellen 9 und 11 der Lamellenkupplung 6 zum Schließen derselben zusammengedrückt werden.
  • Das druckbeaufschlagte Schließen der Lamellenkupplung 6 erfolgt entgegen der Rückstellkraft eines Rückstellelements 14, das vorzugsweise als Feder ausgeführt ist.
  • Um nun bei rein elektrischer Fahrt des Hybridfahrzeugs den Verbrennungsmotor beim Übergang von der rein elektrischen Fahrt in die hybridische Fahrt komfortabel zuzustarten, ist die Lamellenkupplung 6 stufenweise schließbar, nämlich derart, dass zum Zustarten des Verbrennungsmotors 2 ausschließlich eine Teilmenge der Innenlamellen und der Außenlamellen ein Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors überträgt.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 und 3 sind einer ersten Gruppe 15 der Innenlamellen 11 Federelemente 16 zugeordnet, welche dem Schließen der Lamellenkupplung 6 entgegenwirken, wohingegen einer zweiten Gruppe 17 der Innenlamellen 11 keine derartigen Federelemente zugeordnet sind.
  • Zum Starten des Verbrennungsmotors 2 aus rein elektrischer Fahrt heraus überträgt ausschließlich die zweite Gruppe 17 der Innenlamellen 11 und Außenlamellen 9 das zum Zustarten des Verbrennungsmotors 2 benötigte Drehmoment, wohingegen die erste Gruppe 17 der Innenlamellen 11 und Außenlamellen 9, der die Federelemente 16 zugeordnet ist, zum Zustarten des Verbrennungsmotors 2 kein Drehmoment überträgt, sondern allenfalls ein Schleppmoment.
  • Im Unterschied zum gezeigten Ausführungsbeispiel können die Federelemente 16 auch den Außenlamellen 9 zugeordnet sein.
  • Bei den Federelementen 16 handelt es sich vorzugsweise um Wellfedern.
  • Im Unterschied zum gezeigten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass der ersten Gruppe 15 der Innenlamellen 11 bzw. der ersten Gruppe 15 der Außenlamellen 9 erste Federelemente mit einer ersten, relativ großen Federkonstanten zugeordnet sind, welche dem Schließen der Lamellenkupplung 6 entgegenwirken, und dass der zweiten Gruppe 17 die Innenlamellen 11 bzw. der zweiten Gruppe 17 der Außenlamellen 9 zweite Federelemente mit einer zweiten, relativ kleinen Federkonstanten zugeordnet sind, welche dem Schließen der Lamellenkupplung 6 ebenfalls entgegenwirken. Die ersten Federelemente weisen im Vergleich zu den zweiten Federelementen die relativ große Federkonstante auf.
  • Zum Zustarten des Verbrennungsmotors übertragen auch in diesem Fall ausschließlich die Lamellen 9, 11 der zweiten Gruppe 17 das Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors 2.
  • Obwohl diese Variante der Erfindung einen höheren Bauaufwand erfordert, verfügt diese Variante über den Vorteil, dass auf ein separates Rückstellelement 14 (siehe 2) verzichtet werden kann, da dann die ersten Federelemente die Funktion des Rückstellelements 14 übernehmen und dasselbe bereitstellen.
  • Vorzugsweise sind im Ausführungsbeispiel der 2 die Federelemente 16 vorgespannt. Dann, wenn die Federelemente 16 vorgespannt sind, muss zum Zusammendrücken der Lamellen 9 und 10 der ersten Gruppe 15 nicht nur die Federkraft dieser Federelemente sondern auch die Vorspannkraft derselben überwunden werden. Hierdurch kann dann für den Motorstart über die Lamellen 9, 11 der zweiten Gruppe 17 ein höheres Drehmoment übertragen werden, so dass für das Zustarten des Verbrennungsmotors ein höherer Drehmomentbereich zur Verfügung steht.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Federelemente 16 jeweils an den Außenlamellen 9 der ersten Gruppe 15 an und sind oberhalb der entsprechenden Innenlamellen 11 angeordnet.
  • Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass die Federelemente 16 jeweils an den Innenlamellen der ersten Gruppe 15 anliegen und dann unterhalb der Außenlamellen 9 positioniert sind.
  • Das Schließen der Lamellenkupplung 6 untergliedert sich abhängig von dem auf das Betätigungselement 12 wirkenden Druck in vorzugsweise drei Phasen.
  • In einer ersten Phase wird durch eine entsprechende relativ geringe Druckerhöhung am Betätigungselement 12 zunächst ausschließlich ein Lüftspiel zwischen den Innenlamellen 11 und den Außenlamellen 9 der zweiten Gruppe 17 der Lamellenkupplung 6 reduziert, so dass die Lamellenkupplung 16 zunächst ausschließlich ein Schleppmoment übertragen kann.
  • Anschließend wird in einer zweiten Phase durch weitere Druckerhöhung am Betätigungselement 12 auch ein Lüftspiel zwischen den Innenlamellen 11 und den Außenlamellen 9 der ersten Gruppe 15 reduziert, nämlich dann, wenn im gezeigten Ausführungsbeispiel die Druckerhöhung so groß ist, dass die Federkraft der Federelemente 16 überwunden werden kann. Dann, wenn die Federelemente 16 vorgespannt sind, muss die Druckerhöhung so groß sein, dass auch die Vorspannkraft derselben überwunden werden kann. In der zweiten Phase können demnach die Lamellen 9, 11 der zweiten Gruppe 17 ein Drehmoment übertragen, die Lamellen 9, 11 der ersten Gruppe 15 hingegen übertragen allenfalls ein Schleppmoment.
  • In einer dritten Phase kann durch abermalige Druckerhöhung am Druckelement 12 das Lüftspiel an allen Lamellen 9, 11 beider Gruppen 15, 17 auf Null reduziert werden, wobei dann die Lamellenkupplung 6 vollständig geschlossen ist.
  • Das Zustarten des Verbrennungsmotors erfolgt in der zweiten Phase, also dann, wenn die Lamellen 9, 11 der zweiten Gruppe 17 zusammengepresst sind und ein Drehmoment übertragen können, wohingegen das Lüftspiel an den Lamellen 9, 11 der ersten Gruppe 15 der Lamellenkupplung 6 noch nicht so weit reduziert ist, dass dieselben auch ein Drehmoment übertragen können.
  • Die Erfindung erlaubt ein komfortables Zustarten des Verbrennungsmotors 2 aus rein elektrischer Fahrt des Hybridfahrzeugs heraus.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebseinheit
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    elektrische Maschine
    4
    Getriebe
    5
    Abtrieb
    6
    Lamellenkupplung
    7
    Schaltelement
    8
    Außenlamellenträger
    9
    Außenlamelle
    10
    Innenlamellenträger
    11
    Innenlamelle
    12
    Betätigungselement
    13
    Kolbenraum
    14
    Rückstellelement
    15
    erste Gruppe
    16
    Federelement
    17
    zweite Gruppe
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2311680 A2 [0002]
    • EP 1612440 A1 [0006]

Claims (7)

  1. Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), einer elektrischen Maschine (3) und einem Getriebe (4), wobei zwischen eine Welle des Verbrennungsmotors (2) und eine Welle des Getriebe (4) eine getriebeinterne oder getriebeexterne Lamellenkupplung (6) geschaltet ist, die bei stillstehendem Verbrennungsmotor (2) während einer rein elektrischen Fahrt des Hybridfahrzeugs geöffnet ist und die während einer hybridischen Fahrt des Hybridfahrzeugs geschlossen ist, wobei die Lamellenkupplung (6) mehrere Innenlamellen (11) und mehrere Außenlamellen (9) aufweist, die über ein druckbeaufschlagtes Betätigungselement (12) entgegen der Rückstellkraft eines Rückstellelements (14) zum Schließen der Lamellenkupplung (6) zusammendrückbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) beim Übergang von der rein elektrischen Fahrt des Hybridfahrzeugs in die hybridische Fahrt des Hybridfahrzeugs die Lamellenkupplung (6) derart stufenweise schließbar ist, dass zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) ausschließlich eine Teilmenge der Innenlamellen (11) und Außenlamellen (9) ein Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) überträgt.
  2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer ersten Gruppe der Innenlamellen (11) oder einer ersten Gruppe der Außenlamellen (9) erste Federelemente mit einer ersten, relativ großen Federkonstanten zugeordnet sind, welche dem Schließen der Lamellenkupplung (6) entgegenwirken, und dass einer zweiten Gruppe der Innenlamellen (11) oder einer zweiten Gruppe der Außenlamellen (9) zweite Federelemente mit einer zweiten, relativ kleinen Federkonstanten zugeordnet sind, welche dem Schließen der Lamellenkupplung (6) ebenfalls entgegenwirken, wobei zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) ausschließlich die zweite Gruppe der Innenlamellen (11) und Außenlamellen (9) das Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) überträgt.
  3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Federelemente die Rückstellkraft des Rückstellelements bereitstellen und dasselbe ausbilden.
  4. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer ersten Gruppe (15) der Innenlamellen (11) oder einer ersten Gruppe (15) der Außenlamellen (9) Federelemente (16) zugeordnet sind, welche dem Schließen der Lamellenkupplung (6) entgegenwirken, wohingegen einer zweiten Gruppe (17) der Innenlamellen (11) oder einer zweiten Gruppe (17) der Außenlamellen (9) keine derartigen Federelemente zugeordnet sind, wobei zum Zustarten des Verbrennungsmotors ausschließlich die zweite Gruppe (17) der Innenlamellen (11) und Außenlamellen (9) das Drehmoment zum Zustarten des Verbrennungsmotors überträgt.
  5. Antriebseinheit nach der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (16) vorgespannt sind.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zum Zustarten des Verbrennungsmotors (2) die Lamellenkupplung (6) über das druckbeaufschlagte Betätigungselement (12) derart stufenweise geschlossen wird, dass zunächst in einer ersten Phase durch Druckerhöhung am Betätigungselement (12) ausschließlich ein Lüftspiel zwischen den Innenlamellen (11) oder den Außenlamellen (9) der zweiten Gruppe (17) reduziert wird, sodass die Lamellenkupplung zunächst ausschließlich ein Schleppmoment überträgt, und dass anschließend in einer zweiten Phase durch weitere Druckerhöhung am Betätigungselement (12) auch ein Lüftspiel zwischen den Innenlamellen (11) oder den Außenlamellen (9) der ersten Gruppe reduziert wird, sodass über die zweite Teilgruppe (17) der Innenlamellen (11) oder Außenlamellen (9) ein Drehmoment und über die erste Teilgruppe (15) der Innenlamellen (11) oder Außenlamellen (9) ein Schleppmoment übertragbar ist, wobei das Zustarten des Verbrennungsmotors (2) in der zweiten Phase erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zustarten des Verbrennungsmotors (2) in der dritten Phase durch weitere Druckerhöhung am Betätigungselement (12) das Lüftspiel an allen Lamellen (9, 11) der Lamellenkupplung (6) auf Null reduziert wird.
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