DE19962507B4

DE19962507B4 - Fahrzeugantriebsstrang

Info

Publication number: DE19962507B4
Application number: DE19962507.7A
Authority: DE
Inventors: Satoru Wakuta; Keiichi Shinohara; Masahiro Hasebe; Shigeo Tsuzuki; Kenji Omote; Atsushi Tabata; Yutaka Taga; Seiji Nakamura; Masaya Amano
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: DE19962507A1; US6258001B1

Abstract

Fahrzeugantriebsstrang zum Antreiben eines Fahrzeugs mit:einem Triebwerk (13) mit einer Kurbelwelle (52);einer ersten Getriebeeinheit (2) mit einer Eingangswelle (10);einer zweiten Getriebeeinheit (5), die zwischen der Kurbelwelle und der Eingangswelle (10) der ersten Getriebeeinheit (2) eingefügt ist, die ein hydraulisches Getriebe ist und die ein Pumpenlaufrad (17), einen Turbinenläufer (16), einen Frontdeckel (30) und eine Überbrückungskupplung (3) aufweist; undeinem Motor (6) mit einem Stator (42) und einem Rotor (43), wobeider Stator (42) an der Außenseite des Rotors (43) angeordnet ist und in Axialrichtung länger ausgebildet ist als der Rotor(43), undder Rotor (43) direkt mit dem Frontdeckel (30) verbunden ist; wobei:der Turbinenläufer (16) an der dem Triebwerk (13) zugewandten Seite des Pumpenlaufrades (17) angeordnet ist;die Überbrückungskupplung (3) an der dem Triebwerk (13) zugewandten Seite des Turbinenläufers (16) angeordnet ist und einen kleineren Durchmesser als der größte Durchmesser des hydraulischen Getriebes (17, 16, 30, 3) hat;der Frontdeckel (30)einen Mittelabschnitt (30b) aufweist, von dem aus die Überbrückungskupplung (3) radial nach innen positioniert ist und der einen kleineren Durchmesser aufweist, als der kleinste Durchmesser des Motors (6), undeinen Außendurchmesserabschnitt (30a) aufweist, der den Mittelabschnitt (30b) mit dem Pumpenlaufrad (17) verbindetder Motor (6) den Mittelabschnitt (30b) axial überlappt, der Rotor (43) den Außendurchmesserabschnitt (30a) in Axialrichtung nicht überlappt, und ein Teil des Stators (42), der in Axialrichtung länger als der Rotor (43) ist, den Außendurchmesserabschnitt (30a) in Axialrichtung überlappt; undder Stator (42) einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der größte Durchmesser des hydraulischen Getriebes (17, 16, 30, 3), und den Außendurchmesserabschnitt (30a) in Radialrichung überlappt; undder Antriebsstrang für den Antrieb des Motors ferner aufweist:eine Rotorstützplatte (45), an der die laminierten Platten (43a) des Rotors (43) befestigt sind,eine Rotornabe (49), die an der Rotorstützplatte (45) befestigt ist,ein Kugellager (47), das an der Rotornabe (49) vorgesehen ist und die Rotornabe (49) in radialer Richtung stützt, undeine Motorgehäuseseitenwand (15a), an der das Kugellager (47) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, der einen (Verbrennungs-) Motor bzw. ein Triebwerk und einen (Elektro-) Motor in einem Fahrzeug verbindet, und insbesondere einen Hybridfahrzeug-Antriebsstrang mit einem Motor, der mit einem Automatikgetriebe mit einem hydraulischen Getriebe, z. B. einem Drehmomentwandler, in einer einzigen Einheit integriert ist.
Die JP-A-9-215270 , JP-A-5-30605 und JP-A-5-024447 offenbaren alle parallele Hybridfahrzeug-Antriebsstränge. Diese Art von Hybridfahrzeug-Antriebsstrang ist mit einem Motor/Generator in einem Automatikgetriebe mit einem Drehmomentwandler versehen. Beim Anfahren und Beschleunigen des Fahrzeugs unterstützt die Antriebskraft des Motor/Generators die Antriebskraft des Triebwerks. Ferner wirkt der Motor/Generator als Generator zur Unterstützung der Triebwerksbremswirkung beim Bergabfahren und regeneriert zudem Bremsenergie, was den Kraftstoffverbrauch verbessert und den Abgasausstoß senkt.
Beim Antriebsstrang gemäß der Offenbarung der JP-A-9-215270 ist ein Motorgehäuse, in dem ein Motor/Generator untergebracht ist, zwischen einem Triebwerksgehäuse und einem Getriebegehäuse eingefügt, in dem auch ein Drehmomentwandler untergebracht ist. Beim Antriebsstrang gemäß der Offenbarung der JP-A-5-30605 ist ein Motor/Generator zwischen einem Pumpenlaufrad und einem Turbinenläufer des Drehmomentwandlers vorgesehen. Beim Antriebsstrang gemäß der Offenbarung der JP-A-5-024447 ist ein Motor/Generator zwischen einem sich vom Drehmomentwandler zur Ausgangswelle über eine Automatikgetriebeeinheit erstreckenden Element und einem Gehäuse vorgesehen, in dem das Antriebssystem untergebracht ist. Insbesondere ist der Motor/Generator zwischen dem Drehmomentwandler und der Automatikgetriebeeinheit oder auf der Seite hinter dem Getriebe vorgesehen.
Ist der Motor/Generator wie in der JP-A-9-215270 zwischen einem Verbrennungstriebwerk und einem Drehmomentwandler vorgesehen, erhöht sich die Gesamtlänge der Einheit mit dem Getriebe und dem Triebwerk um die Axiallänge des Motor/Generators, was ein Einbauproblem in einem Fahrzeug aufwirft. Eine Möglichkeit ist, die Axiallänge des Motor/Generators zu verkürzen, um die Gesamtlänge zu begrenzen; da aber das Ausgangsdrehmoment des Motors (Generators) durch die Länge des Rotors und des Stators festgelegt ist, ist es schwierig, die Gesamtlänge zu verkürzen und dabei das erforderliche Ausgangsdrehmoment des Motors beizubehalten. Ist der Rotor direkt mit der Kurbelwelle verbunden, beeinflußt außerdem die Zentriergenauigkeit der Kurbelwelle direkt die Zentriergenauigkeit des Rotors. Daher ist es beim Rotor notwendig, einen ausreichenden Luftspalt einzustellen, nur um den Betrag der Außermittigkeit als Folge der Schwingungen aus der Verbrennung zu berücksichtigen. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad des Motor/Generators, was eine proportionale Erhöhung der Kapazität (Größe) des Motor/Generators erforderlich macht.
Ist ein Motor/Generator wie in der JP-A-5-30605 axial zwischen einem Frontdeckel eines Drehmomentwandlers und einer Turbine angeordnet, steigt die Axiallänge um die Länge des Motor/Generators genau wie zuvor beschrieben. Ferner beeinflußt die Zentriergenauigkeit der Kurbelwelle direkt die Stützgenauigkeit des Rotors, da der Frontdeckel direkt mit der Kurbelwelle verbunden ist. Dazu kommt, daß sich der Stator, der am Pumpenlaufrad befestigt ist, und der Rotor, der am Turbinenläufer befestigt ist, infolge von Dehnen und Zusammenziehen des Drehmomentwandlers durch Änderungen seines Ladedrucks und Zentrifugaldrucks relativ zueinander in Axialrichtung verschieben, was zu einem äquivalenten Abfall des Motorwirkungsgrads führt. Daher ist ein größerer Motor/Generator nötig, um den Wirkungsgradrückgang auszugleichen. Bei radialer Ausrichtung zu einem Drehmomentwandler erstreckt sich zudem der Motor/Generator über den Außendurchmesser des Drehmomentwandlers hinaus. Daraus resultiert ein zunehmendes Gesamtradialmaß, was die Gewährleistung eines Mindestfreiraums erschwert und den Einbau in ein Fahrzeug kompliziert macht. In diesem Fall ist die Gewährleistung des Ausgangsdrehmoments des Motors (Generators) relativ einfach, da der Durchmesser des Motor/Generators stark erhöht ist. Da aber der Durchmesser des Drehmomentwandlers entsprechend dem Ausgangsdrehmoment des Triebwerks festliegt, kann der Durchmesser des vom Drehmomentwandler radial nach außen angeordneten Motor/Generators nicht verkleinert werden.
Weiterhin ist es bei der Konstruktion der JP-A-5-024447 schwierig, den Durchmesser des Motor/Generators zu erhöhen, was es erschwert, das Ausgangsdrehmoment des Motors (Generators) in einem begrenzten Raum zu gewährleisten, d. h. im Raum zwischen Drehmomentwandler und Automatikgetriebe oder auf der Seite hinter dem Automatikgetriebe. Da zusätzlich der Motor/Generator mit dem Triebwerk über den Drehmomentwandler oder ferner über die Automatikgetriebeeinheit verbunden ist, läßt sich das Triebwerk durch den Motor/Generator schwer starten, weshalb ein Zusatzmptor zum Starten des Triebwerks nötig wird.
Die US 5 789 823 . A zeigt einen Antriebsstrang mit einem Drehmomentwandler, der in der Startphase des Verbrennungsmotors zwischen einem Motor/Generator und dem Verbrennungsmotor und während der Fahrzeugbewegung zwischen dem Motor/Generator und einem Mehrganggetriebe sowie zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Mehrganggetriebe vorgesehen ist.
Die US 5 103 127 A betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugmotor, der mit einem hydraulischen Drehmomentwandler und einem Getriebe verbunden ist, wobei der Rotor des Starter/Generator-Motors am Außenumfang der Eingangsschale des Drehmomentwandlers und der Stator am Innenumfang des Drehmomentwandler-Gehäuses ausgebildet ist.
Die US 5 755 302 A zeigt eine Antriebsanordnung für ein mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine ausgestattetes Hybridfahrzeug, wobei der Stator der elektrischen Maschine am Verbrennungsmotor oder dem zugehörigen Schaltgetriebe befestigt ist, der Rotor der elektrischen Maschine ständig drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und innerhalb der Antriebsordnug eine einzige Kupplung als Schalt- oder Trennkupplung vorgesehen ist.
Ferner zeigt die JP H10 044789 A einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Gehäuse, einer mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Antriebswelle, einem mit der Antriebswelle verbundenen Rotor, einem am Gehäuse befestigten Generator, einem Elektromotor und einer zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordneten Bremse.
Die DE 29 25 676 A1 betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer die Funktion der Lichtmaschine und des Anlassers vereinigende Anlasser-Lichtmaschine, die mit einem wicklungslosen, gezahnten Läufer ausgerüstet und innerhalb des Kupplungsgehäuses untergebracht ist.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Fahrzeugantriebseinheit bereitzustellen, die kleinere Axial- und Radialmaße haben kann. Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Fahrzeugantriebsstrang bereitzustellen, der den Motor unabhängig von der Zentriergenauigkeit der Triebwerkskurbelwelle und unabhängig von Verformungen des Getriebes mit hoher Genauigkeit stützt. Eine dritte Aufgabe ist, den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen und zu ermöglichen, daß der Motor kleiner gestaltet ist.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Beim Aufbau nach der Erfindung gewährleistet die Erfindung die Einbaufähigkeit in ein Fahrzeug. Zusätzlich ist die Kapazität des zweiten Getriebes gewährleistet, da der Motor von der Überbrückungskupplung radial nach außen sowie zwischen dem Triebwerk und zweiten Getriebe angeordnet ist. Ferner ist der Motor so angeordnet, daß die Einbaufähigkeit mit ausreichendem Freiraum gewährleistet ist. Das Motorausgangsdrehmoment ist gewährleistet, und die Startleistung des Triebwerks und Antriebsleistung des Fahrzeugs sind verbessert.
Beim Aufbau nach der Erfindung ist die Überbrückungskupplung eine Mehrscheibenkupplung, die ausreichende Drehmomentkapazität trotz ihres kleinen Durchmessers liefert, so daß der Motor auf der Außendurchmesserseite der Überbrückungskupplung, d. h. von der Überbrückungskupplung radial nach außen angeordnet sein kann.
Beim Aufbau nach der Erfindung erfordert der Dämpfer keinen eigenen Axialraum, und zu seiner Unterbringung braucht die Gesamtlänge des Antriebsstrangs nicht erhöht zu werden.
Beim Aufbau nach der Erfindung unterteilt der Frontdeckel den Motor so, daß der Motor vom Öl des hydraulischen Getriebes getrennt ist. Ansonsten würde der Wirkungsgrad des Motors infolge von Ölspritzen abfallen.
Beim Aufbau nach der Erfindung ermöglicht der Sensor die Verbesserung des Motorwirkungsgrads durch Erfassen der Drehposition des Rotors. Außerdem verhindert er zuverlässig die Rückwärtsdrehung beim Anlassen. Zudem ist die Gesamtlänge der Einheit minimiert, da kein spezieller Axialraum für den Sensor nötig ist.
Beim Aufbau nach der Erfindung ist eine Teilmontage des Motors mit dem Motorgehäuse ermöglicht. Eine solche Anordnung erleichtert die Produktion, ohne die herkömmliche Produktionslinie drastisch zu ändern, und ist an zahlreiche Triebwerks- und Fahrzeugvarianten flexibel anpaßbar.
Beim Aufbau nach der Erfindung erübrigt sich ein spezieller Raum zum Stützen des Rotors, wodurch das Axialmaß verkleinert sein kann.
Beim Aufbau nach der Erfindung treibt der direkt mit der Kurbelwelle des Triebwerks verbundene Motor/Generator beim Betrieb in seinem Motormodus das Fahrzeug allein oder durch Unterstützen des Verbrennungstriebwerks an. Als Generator erhöht der Motor/Generator ferner die Triebwerksbremswirkung und fungiert als regenerative Bremse. Als Startermotor startet der Motor/Generator zudem das Verbrennungstriebwerk. Durch diese Kombination dreier unterschiedlicher Funktionen in einer elektrischen Maschine entfällt ein spezieller Startermotor, und Triebwerksleerlauf kann beseitigt sein. Zudem ermöglicht diese Anordnung zusätzlich zur Fahrzeugantriebsfunktion und regenerativen Bremsfunktion eine weitere Senkung des Kraftstoffverbrauchs und Abgasreduzierung.
Beim Aufbau nach der Erfindung wird der Motor mit hoher Genauigkeit gestützt, insbesondere im Hinblick auf die Zentriergenauigkeit, die nicht durch exzentrische Drehung der Kurbelwelle beeinträchtigt ist. Ein Spalt (Luftspalt) wird mit hoher Genauigkeit zwischen Rotor und Stator beibehalten, und der Motorwirkungsgrad ist verbessert. Jedes dieser Merkmale wird mit relativer Kompaktheit zuverlässig realisiert.
Beim Aufbau nach der Erfindung wird der Rotor durch Stützteile gestützt, die getrennt vom Frontdeckel vorgesehen sind, und der Rotor ist gegenüber Verformungseinfluß der zweiten Getriebeeinheit infolge von Druckänderungen in der zweiten Getriebeeinheit isoliert. Ferner kann das Axialmaß (Dicke) des Rotors ohne Erhöhung der Motormaße vergrößert sein, während die erforderliche Leistung des Motors gewährleistet ist.
Beim Aufbau nach der Erfindung ist die Triebwerksseite des Motors durch die Seitenwand abgedeckt, die ihn vor Wasser und Staub schützt. Zusätzlich zur Funktion als Abdeckung wirkt diese Seitenwand auch als Rotorstütze, wodurch der Aufbau kompakter sein kann.
Beim Aufbau nach der Erfindung sind die Mittelwelle und die Kurbelwelle durch einen Spalt dazwischen getrennt und mit Stoßdämpfungsteilen verbunden, Verbrennungs- (Explosions-) Schwingungen des Triebwerks werden durch die Stoßdämpfungsteile absorbiert, was verhindert, daß sie zum Rotor des Motors übertragen werden, wodurch eine präzise Lagerung des Rotors gewährleistet ist. Zusätzlich ist die Radiallast auf das Lager verringert, was seinen Verschleiß reduziert.
Beim Aufbau nach der Erfindung ist kein Spiel in der Keilkupplung vorhanden, so daß Reibverschleiß verhindert ist.
Beim Aufbau nach der Erfindung ist Reibverschleiß infolge einer lockeren Keilverbindung o. ä. verhindert, und eine Einwirkung von Rostteilchen u. ä. auf den Motor/Generator ist zuverlässig ausgeschlossen.
Beim Aufbau nach der Erfindung werden die Explosionsschwingungen des Triebwerks durch die Biegung der beiden Platten verhindert, so daß das Drehmoment der Triebwerkskurbelwelle zuverlässig zur Mittelwelle übertragen wird, die Zentriergenauigkeit des Rotors ist gewährleistet, und die Haltbarkeit des Lagers ist verbessert.
Beim Aufbau nach der Erfindung kann der als Motor arbeitende Motor/Generator das Fahrzeug allein oder durch Unterstützen des Verbrennungstriebwerks antreiben. In seinem Betrieb als Generator erhöht der Motor/Generator zusätzlich die Triebwerksbremswirkung und wirkt als regenerative Bremse. Als Startermotor startet der Motor/Generator zudem das Verbrennungstriebwerk. Durch diese Funktionskombination in einer einzigen elektrischen/mechanischen Maschine erübrigt sich ein spezieller Startermotor, und Triebwerksleerlauf kann beseitigt werden, wodurch zusätzlich zur Fahrzeugantriebsfunktion und regenerativen Bremsfunktion Kraftstoffverbrauch und Abgasausstoß weiter gesenkt werden können.

1 ist eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs.
2 ist eine Querschnittansicht des Drehmomentwandlers und des Motor/Generators der Ausführungsform von 1.
3 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Keile eines, Vorwärtsaxialteils im Eingriff mit Eingangsplattennabenkeilen und Rotornabenkeilen.
4 ist eine 2 ähnelnde Querschnittansicht und zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform von 1.

1 ist eine Querschnittansicht eines Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäß 1 verfügt der Hybridfahrzeug-Antriebsstrang 1 über eine Mehrstufengetriebeeinheit 2, die in einem Getriebegehäuse 4 untergebracht ist, einen Drehmomentwandler 5 mit einer Überbrückungskupplung 3 und einen Motor/Generator 6, z. B. einen bürstenlosen Gleichstrommotor o. ä., der mit einem Verbrennungstriebwerk 13, z. B. einem Benzinmotor, auf der linken Seite der Zeichnung verbunden ist. Somit ist der Hybridfahrzeug-Antriebsstrang 1 ein Hybridfahrzeug-Antriebsstrang mit einem Motor/Generator 6, der mit einem Drehmomentwandler 5 eines herkömmlichen Automatikgetriebes A/T verbunden ist.
Der Hybridfahrzeug-Antriebsstrang 1 ist zum Einbau in ein Fahrzeug mit Fronttriebwerk und Heckantrieb (FR-Fahrzeug) einachsig angeordnet. Insbesondere sind der Motor/Generator 6, der Drehmomentwandler 5 und die Automatikgetriebeeinheit 2 von der Triebwerksseite nacheinander uniaxial (auf einer Linie) angeordnet. Die Automatikgetriebeeinheit 2 ist mit einem Overdrive-Bereich 7 versehen und besteht aus einem Hauptgetriebe 9 mit einer Simpson-Planetengetriebeeinheit 9a und einem Einfachplanetengetriebe 9b. Die Drehung der Eingangswelle 10 wird als einer von fünf Vorwärtsgängen und ein Rückwärtsgang an einer Ausgangswelle 11 ausgegeben.
2 zeigt Hauptabschnitte des Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs 1 mit dem Drehmomentwandler 5 und dem Motor/Generator 6. Das Motorgehäuse 15 ist in axialer Ausrichtung zum Wandlergehäuse 12 und Verbrennungstriebwerk 13 angeordnet und dazwischen eingefügt. Der Drehmomentwandler 5 hat einen Turbinenläufer 16, ein Pumpenlaufrad 17 und ein Leitrad 19. Der Turbinenläufer 16 ist mit einer Nabe 20 verbunden, die mit dem Vorderende der Eingangswelle 10 verkeilt ist. Eine Ölpumpe 22 ist in einem Raum zwischen dem Drehmomentwandlergehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 4 der Automatikgetriebeeinheit 2 angeordnet. Ein Pumpengehäuse 22a ist am Gehäuse 12 und Gehäuse 4 befestigt.
Eine am Mittelabschnitt des Pumpenlaufrads 17 befestigte Nabe 17a ist über ein Nadellager 23 am Innenumfang des Pumpengehäuses 22a drehbar gelagert, und eine Öldichtung 25 ist zwischen dem ölpumpengehäuse 22a und der Nabe 17a vorgesehen. Das Leitrad 19 ist an einer Freilaufkupplung 26 angeordnet. Das Innengehäuse dieser Freilaufkupplung ist an der ölpumpe 22a über eine Hülse 27 befestigt, die zwischen der Eingangswelle 10 und der Nabe 17a angeordnet ist.
Der Außendurchmesserabschnitt 30a des Frontdeckels 30, der am Pumpenlaufrad 17 befestigt ist, ist geneigt und glatt ausgebildet und paßt sich der Form des Turbinenläufers 16 an. Der Mittelbereich 30b des Frontdeckels 30 erstreckt sich zur Triebwerksseite (nach vorn) im wesentlichen parallel zur Mittelachse des Antriebsstrangs. Der Innendurchmesserbereich 30c des Frontdeckels 30 erstreckt sich im wesentlichen in Radialrichtung. Der Innendurchmesserbereich 30c des Frontdeckels ist an der Mittelwelle 31 befestigt, die sich in Axialrichtung ausgerichtet zur Eingangswelle 10 erstreckt.
Die überbrückungskupplung 3 ist vom Mittelbereich 30b radial nach innen angeordnet und weist auf: eine Trommel 32, die am Innendurchmesserbereich 30c des Frontdeckels 30 befestigt und gleichachsig mit dem Mittelbereich 30b ist; eine Nabe 35, die am hinteren Ende der Mittelwelle 31 über ein Nadellager 33 gelagert ist; und mehrere Innenreibscheiben bzw. -platten 36 und Außenreibplatten 37, die einen Eingriff mit den Keilen der Trommel 32 bzw. der Nabe 35 herstellen. Die Außenreibplatten 37 werden zwischen einem Sprengring 39, der in die Trommel 32 eingreift, und einer Kolbenplatte 40 festgehalten. Die Überbrückungskupplung 3 hat einen kleineren Durchmesser als der Torus, der die Außenhülle des Turbinenläufers 16 und Pumpenlaufrads 17 des Drehmomentwandlers 5 bildet. Insbesondere ist die Überbrückungskupplung 3 eine Mehrscheibenkupplung und so angeordnet, daß die Trommel 32 im wesentlichen in der Radialmitte des Torus positioniert ist.
Die Kolbenplatte 40 erstreckt sich radial zwischen der Trommel 32 und dem Axialteil 31 und ist axial beweglich. Durch die Kolbenplatte 40 ausgeübter Druck dient zur Steuerung von Einrücken, Ausrücken und Schlupf der Überbrückungskupplung 3. In der Kolbenplatte sind Öffnungen gebildet, so daß Hydrauliköl zwischen den Ölkammern auf gegenüberliegenden Seiten der Kolbenplatte 40 ohne Drosselung fließen kann. Durch Richtungsänderung dieses Ölstroms läßt sich die Überbrückungskupplung steuern. Ferner sind mehrere Dämpferfedern 41 (Schraubenfedern) um das Innere der Nabe 35 über den Umfang beabstandet angeordnet. Diese Dämpferfedern 41 sind zwischen einer an der Überbrückungskupplungsnabe 35 befestigten Lasche 35a und einer an der Turbinennabe 20 befestigten Lasche 20a zusammengedrückt vorgesehen. Das heißt, die Dämpferfedern 41 sind im wesentlichen radial ausgerichtet zu den Reibplatten 36, 37 der Überbrückungskupplung 3 und von ihnen nach innen positionierte d. h. mit den Reibplatten der Überbrückungskupplung 3 axial überlappend angeordnet.
Der Motor/Generator 6 hat einen Stator 42 und einen Rotor 43, die im wesentlichen zum Mittelbereich 30b des Frontdeckels 30 radial ausgerichtet und von diesem radial nach außen angeordnet sind. Das heißt, Stator und Rotor sind so positioniert, daß sie den Mittelbereich 30b axial überlappen und die Überbrückungskupplung 3 axial überlappen, die vom Mittelbereich 30b radial nach innen positioniert ist. Die Dämpferfedern 41 sind vom Mittelbereich 30b auch radial nach innen angeordnet. Insbesondere ist der Rotor 43 aus mehreren laminierten Platten 43a aufgebaut, die jeweils Dauermagneten sind. Diese laminierten Platten sind an einer Stützplatte 45 befestigt und werden durch sie gehalten. Diese Stützplatte 45 hat einen sich radial erstreckenden Scheibenabschnitt 45a vor dem Innendurchmesserbereich 30a des Frontdeckels und einen Umfangshalteabschnitt 45b, der die laminierten Platten 43a festhält. Der Halteabschnitt 45b hat ein am Scheibenabschnitt 45a befestigtes vorderes Ende und erstreckt sich gleichachsig mit dem Mittelbereich 30b des Frontdeckels.
Der Rotor 43 ist mit der Triebwerkskurbelwelle 52 direkt über eine Nabe 49, die Mittelwelle 31 (Verbindung zwischen Keilen 49b und 31a), eine Eingangsplattennabe 50 (Verbindung zwischen Keilen 50a und 31a) und eine Mitnehmerscheibe bzw. Antriebsplatte 55 verbunden, die mit der Kurbelwelle 52 verschraubt ist. Auf diese Weise ist der Rotor 43 an der Triebwerkskurbelwelle 52 zur Drehung mit ihr sowohl in Vorwärtsals auch Rückwärtsrichtung befestigt.
Der Stator 42 ist aus mehreren Magnetkernen 42a gebildet, die in Axialrichtung geschichtet (laminiert), von einer Spule 42b umgeben und am Motorgehäuse 15 befestigt sind. Der Rotor 43 und Stator 42 sind so positioniert, daß sich die laminierten Platten 43a und Magnetkerne 42a axial decken oder axial überlappen. Das heißt, sie sind über eine vorbestimmte Länge in Axialrichtung radial ausgerichtet, und die laminierten Platten und Magnetkerne liegen sich mit einem geringen Spalt dazwischen gegenüber. Im Motor/Generator ist der Stator 42 möglichst groß hergestellt, ohne den Einbau in das Fahrzeug zu stören, um die Polarität zu verbessern und eine vorbestimmte Ausgangsleistung zu gewährleisten. Die laminierten Magnetplatten 43a des Rotors 43 müssen ausreichend fest sein, um Zentrifugalkräften zu widerstehen.
Zudem hat das Motorgehäuse 15 eine Seitenwand 15a, die der Kontur des vorderen Abschnitts des Stators 42 folgt. Ein Drehmelder 46, der ein Sensor zur Erfassung der Rotordrehposition ist, ist zwischen der Seitenwand 15a und Rotorstützplatte 45 vorgesehen. Der Drehmelder 46 erfaßt korrekt die Drehposition des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors 6 und steuert die Stromflußzeit zum Stator. Dieser Drehmelder 46 setzt sich aus einem Rotor 46a und einem feststehenden Teil 46b zusammen, die jeweils aus präzisionsbearbeiteten laminierten Platten gebildet sind. Das durch die Spule angeregte feststehende Teil 46b und der Rotor 46a sind radial ausgerichtet, d. h. axial überlappend. Der Drehmelder 46 ist so angeordnet, daß er die Statorspule 42b auf ihrer radial nach innen gehenden Seite überlappt, sowie vor dem Motor/Generator 6 und dem Innenbereich 30c des Frontdeckels, d. h. zur Überbrückungskupplung 3 im wesentlichen axial ausgerichtet.
Ein Kugellager 47 ist am Innenumfang der Motorgehäuseseitenwand 15a eingebaut. Dieses Kugellager ist an einer Position angeordnet, die im wesentlichen zum Drehmelder 46 radial ausgerichtet und von ihm nach innen angeordnet ist, d. h. an einer den Drehmelder 46 axial überlappenden Position. Ein Flanschabschnitt 49b der Nabe 49, der am Innenumfang der Rotorstützplatte 45 befestigt ist, paßt sich nahezu ohne Spalt an die Innenfläche des Kugellagers 47 an. Ferner befindet sich auf der Innendurchmesserseite des Flanschabschnitts 49b ein sich ähnlich anpassender Eingangsplatten-Wulstabschnitt 50. Eine flexible Eingangsplatte 51 ist an diesem Wulstabschnitt 50 an seinem Außenumfang befestigt. Eine flexible Antriebsplatte 55 ist mit Schrauben 53 an der Spitze der Kurbelwelle 52 des Triebwerks und mit Schrauben 56 an der flexiblen Eingangsplatte 51 befestigt.
Die Mittelwelle 31 liegt gegenüber der Bohrung 52a am distalen Ende der Kurbelwelle 52, erstreckt sich aber nicht in die Bohrung 52a, d. h. ist axial davon beabstandet. Wie 3 näher zeigt, ist ein Keil 31a mit einer Steigung mit vorbestimmtem Schrägwinkel è (schraubenförmig) um den Umfang des gleichachsigen Teils 31 ausgebildet. Außerdem sind parallele Geradzahnkeile 50a ausgebildet, die sich über die gesamte Axiallänge der Eingangsplattennabe 50 auf ihrer Innenumfangsfläche erstrecken. Ferner sind relativ kurze, parallele, axial beabstandete Geradzahnkeile 49b auf einem Abschnitt der hinteren Seite der Innenumfangsfläche der Rotornabe 49 ausgebildet. Gewindenuten 31b mit einer vorbestimmten Länge sind am vorderen Ende des Mittelwellenteils 31 ausgebildet, wobei eine Mutter 59 auf den Gewinden 31b festgezogen ist.
Durch Festziehen der Mutter 59 greifen die Keile 49b der Rotornabe 49 und die Keile 50a der Eingangsplattennabe 50 in die Keile 31a auf der Mittelwelle 31 ein. Damit werden gemäß 3 die Zahnseitenflächen a, b an entgegengesetzten Endabschnitten der Geradzähne der relativ langen Keile 50a der Eingangsplattennabe an die Zahnseitenflächen benachbart zu den Schrägkeilen 31a der Mittelwelle 31 gedrückt. In diesem Preßsitzzustand koppeln sich die Keile 50a und 31a spielfrei. Folglich drehen sich die Keile 50a und 31a in einem Stück, was Verschleiß verhindert, der ansonsten durch Spalte zwischen den ineinandergreifenden Keilzähnen verursacht würde.
Die relativ kurzen Rotornabenkeile 49b (Geradzähne) greifen in die Keile 31a mit einer Steigung ein. Die Passung ist lose mit Räumen zwischen den Seitenflächen der Zähne, da die Rotornabenkeile 49b kurz sind. Dadurch kommt eine Befestigung trotz Preßpassung der Keile 50a der Eingangsplattennabe leicht zustande. Die Rotornabe 49 kann sich in Axialrichtung aufgrund der losen Passung der Keile bewegen und wird dadurch gehalten, wobei sie zwischen der Eingangsplattennabe 50 und dem Mittelstück-Flanschabschnitt 31c durch die festgezogene Mutter 59 eng verkeilt ist. Als Ergebnis dreht sich die Rotornabe 49 durch Reibungskraft in einem Stück mit dem Axialteil 31 und der Eingangsplattennabe 50.
Das durch das Pumpengehäuse 22, den Frontdeckel 30, der das Gehäuse des Drehmomentwandlers 5 bildet, und die Außenhülle der Pumpe 17 gebildete Motorabteil A ist durch einen O-Ring 60, der den Raum zwischen Rotornabe 49 und Frontdeckel 30 abdichtet, durch das abgedichtete Kugellager 47 und durch eine Dichtung 25 im Pumpengehäuse 22a wasser-, öl- und staubdicht gestaltet. Die Motorgehäuseseitenwand 15a dient als Abdeckteil, das die Vorderseite des Motor/Generators 6 abdeckt, sowie als Befestigung für das Kugellager 47, und sie dient ferner als Stütze für den Rotor 43. Durch Kombination beider Funktionen wird die Einheit kompakter. Eine kreisförmige Nut 15c ist im Motorgehäuse 15 gebildet, die durch ein ringförmiges Kappenteil 61 wasserdicht abgedichtet ist, was einen Wasserdurchgang 62 zur Kühlung erzeugt. In diesem Wasserdurchgang 62 wird Wasser zur Kühlung des Triebwerks zirkuliert, um Überhitzung des Motorabteils A zu verhindern.
Wie oben erwähnt wurde, ist der Durchmesser der Überbrückungskupplung 3 reduziert, wobei der Motor/Generator 6 im wesentlichen radial zur Überbrückungskupplung 3 ausgerichtet und radial von ihr nach außen angeordnet ist.
Ferner ist die Dämpferfeder 41 im wesentlichen radial zur Überbrückungskupplung 3 ausgerichtet angeordnet. Da zudem der Drehmelder 46 von der Spule 42b des Motor/Generators 6 radial nach innen angeordnet und im wesentlichen axial zur Überbrückungskupplung 3 ausgerichtet ist, können die Funktionen der Motorgehäuseseitenwand 15a als Abdeckteil und als Rotorstützteil kombiniert sein, und der Motor/Generator 6 kann im Automatikgetriebe so angeordnet sein, daß die gesamten Axial- und Radialmaße der Antriebseinheit minimiert sind. Insbesondere kann der Motor/Generator 6 mit einem im wesentlichen gleichen Radialmaß wie das herkömmliche Drehmomentwandlergehäuse 12 und mit einem nur geringfügig größeren Axialmaß als bei diesem angeordnet sein.
Nunmehr wird der Betrieb des Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs 1 beschrieben. Betätigt der Fahrer bei angehaltenem Fahrzeug und eingeschaltetem Zündschalter das Gaspedal (bei geringer Drosselklappenöffnung), um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, fließt Strom zunächst aus der (nicht gezeigten) Batterie zum Motor/Generator 6, der als Motor wirkt. Der Motor/Generator 6, ein bürstenloser Gleichstrommotor, stellt die Zeit des Stromflusses zur Spule 42b des Stators 42 mit einer (nicht gezeigten) Steuerung auf der Grundlage einer korrekten Erfassung der Position des Rotors 43 durch den Drehmelder 46 ein und dreht den Rotor 43 in Vorwärtsrichtung mit hohem Wirkungsgrad. Die Übertragung der Drehung des Rotors 43 erfolgt zur Mittelwelle 31 durch die Reibungskraft zwischen der Eingangsplatte 50 der Nabe 49 und dem Mittelwellen-Flanschabschnitt 31c durch die Rotorstützplatte 45, die Rotornabe 49, die durch die Mutter 59 aneinander festgezogen sind. Ferner wird die Drehung des Rotors 43 zur Eingangswelle 10 je nach Zunahme eines vorbestimmten Drehmomentverhältnisses über den Drehmomentwandler 5 übertragen, der sich aus dem Frontdeckel 30, Pumpenlaufrad 17, Turbinenläufer 16 und Leitrad 19 zusammensetzt.
Wenn sich das Fahrzeug in Bewegung setzt, ist das Kraftstoffeinspritzsystem gestoppt, und das Triebwerk ist ausgeschaltet. Insbesondere treibt die Kurbelwelle 52 über die Eingangsplatten 50, 51 und die Antriebsplatte 55 die Rotornabe 49 drehend an. Das Triebwerk schlupft durch, wobei die Kolben nur Luft in den Zylinderkammern verdichten und freisetzen. Das heißt, beim Anfahren des Fahrzeugs kombiniert sich der weitere Anstieg des Drehmomentverhältnisses des Drehmomentwandlers 5 mit dem hohen Drehmomentverhältnis im ersten Gang der Automatikgetriebeeinheit, wobei letzteres auf Antriebskennwerten des bürstenlosen Gleichstrommotors 6 beruht, der ein hohes Drehmoment bei geringen Drehzahlen abgibt. Dadurch setzt sich das Fahrzeug in Bewegung und fährt gleichmäßig mit einem vorbestimmten Drehmoment.
Bewegt sich das Fahrzeug mit einer relativ niedrigen vorbestimmten Geschwindigkeit unmittelbar nach dem Anfahren, wird das Kraftstoffeinspritzsystem dann aktiviert, wenn die Drosselklappe in einem Maß betätigt wird, das gleich oder größer als eine eingestellte Öffnung ist. Die Zündung erfolgt durch eine Zündkerze, und der Motor/Generator 6 wirkt als Startermotor, um das Verbrennungstriebwerk zu starten. Dadurch wird die Drehung der Kurbelwelle 52 des Verbrennungstriebwerks über die Mittelwelle 31 zu der Antriebsplatte 55, Eingangsplatte 51, Nabe 50, den Steigungskeilen 31a und den Geradzahnkeilen 50a übertragen. In diesem Zustand sind die Antriebskraft des Verbrennungstriebwerks und die Antriebskraft des als Motor wirkenden Motor/Generators 6 kombiniert und werden zum Drehmomentwandler übertragen. Ferner schaltet die Automatikgetriebeeinheit 2 hoch und überträgt die Antriebskraft auf die Antriebsräder mit der gewünschten Drehzahl. Ist also ein großer Antriebskraftbetrag zum Beschleunigen des Fahrzeugs oder Bergauffahren nötig, unterstützt die Antriebskraft des Motor/Generators 6 die Antriebskraft des Triebwerks, wodurch das Fahrzeug mit hoher Leistung fährt.
Fährt dann das Fahrzeug konstant mit hoher Geschwindigkeit, wird der Motor/Generator 6 unter Nullast betrieben (die Motorleistung wird so gesteuert, daß ein Drehmoment aufgehoben wird, das aus vom Motor erzeugter Rückleistung produziert wird), so daß der Motor/Generator durchschlupft und das Fahrzeug nur mit Leistung des Verbrennungstriebwerks fährt. Je nach Batterieladezustand (SOC) kann der Motor/Generator 6 als Generator fungieren, um die Energie zu regenerieren. Bei Fahren mit dem Verbrennungstriebwerk oder bei Unterstützung des Verbrennungstriebwerks durch den Motor bewegt sich die Kolbenplatte 40 je nach Richtungsänderung des Wandlerdrucks, um die Überbrückungskupplung 3 einzurücken. Dadurch wird das zum Frontdeckel 30 übertragene Drehmoment danach direkt zur Eingangswelle 10 über die Trommel 32, die Außenreibplatten 37, die Innenreibplatten 36, die Nabe 35, den Dämpfer 41 und die Turbinennabe 20 übertragen, wobei die hydraulische Verbindung über den Drehmomentwandler umgangen wird.
Obwohl hierbei beschreibungsgemäß die Größe der Überbrückungskupplung 3 durch die Anordnung des Motor/Generators 6 minimiert sein kann, hat sie aufgrund der Tatsache, daß sie eine Mehrscheibenkupplung ist, ausreichende Drehmomentkapazität, um die nötige Leistung entsprechend der Motorunterstützung zu liefern. Daher werden die Antriebskräfte sowohl des Verbrennungstriebwerks als auch des Motors ordnungsgemäß zur Eingangswelle 10 übertragen. Außerdem ermöglicht die aus der Mehrscheibenkupplung bestehende Überbrückungskupplung 3 in Kombination mit der Kolbenplatte 40 eine Schlupfsteuerung, so daß die Überbrückungskupplung 3 mit Schlupf bei vielen Schaltdrehzahlen betätigt werden kann.
Bei übermäßiger Leistungsabgabe vom Verbrennungstriebwerk wegen einer konstanten niedrigen Drehzahl oder Bergabfahrt o. ä. wirkt der Motor/Generator 6 als Generator und lädt die Batterie durch Umschalten der Spule 42b des Stators 42 auf eine Ladeschaltung und Steuern der Ausschaltzeit eines Unterbrecherschalters u. ä. Insbesondere steigt beim Betrieb der Triebwerksbremse beim Bergabfahren die regenerierte Leistung vom als Generator wirkenden Motor/Generator 6, so daß eine ausreichende Bremswirkung zustande kommt. Auch wenn der Fahrer die Fußbremse betätigt, um das Fahrzeug zu stoppen, steigt die regenerierte Leistung vom Motor/Generator 6 weiter an, und der Motor/Generator 6 arbeitet als regenerative Bremse, wobei er die Trägheitsenergie des Fahrzeugs als Leistung regeneriert und den als Wärme auftretenden Energieverzehr durch die Reibungsbremse verringert.
Danach werden beim Stoppen des Fahrzeugs an einer Ampel o. ä. sowohl der Motor/Generator 6 als auch das Verbrennungstriebwerk ausgeschaltet, d. h. der Leerlauf des herkömmlichen Triebwerks entfällt. Auch beim Starten des Fahrzeugs aus dem Stillstand wird Leistung anfangs nur durch den Motorantriebsmodus des Motor/Generators 6 bereitgestellt. Unmittelbar danach wird bei relativ niedriger Geschwindigkeit das Triebwerk durch die Motorantriebsleistung gestartet. Durch Unterstützung von der Antriebsleistung des Motors 6 erübrigen sich plötzliche Antriebskraftschwankungen des Triebwerks, was den Betrieb gleichmäßig macht. Ist danach Triebwerksbremsung nötig oder wird zum Anhalten gebremst, wirkt der Motor/Generator 6 als regenerative Bremse und regeneriert Trägheitsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie. Mit dieser Kombination ist das Hybridfahrzeug in der Lage, geringen Kraftstoffverbrauch zu erreichen und Abgasausstoß zu senken.
Im Verbrennungstriebwerk werden die Kolben durch die Kraft der Explosion (Verbrennung) in der Zylinderkammer hin- und herbewegt, was die Kurbelwelle dreht und Antriebsleistung überträgt. Durch die Explosionsschwingungen, die zwangsläufig den Wellenkern verschleißen, wird somit eine außermittige Drehung der Kurbelwelle 52 verursacht. Der Motor/Generator 6 ist im Motorgehäuse 15 angeordnet, das sich zwischen Triebwerksgehäuse 13 und Wandlergehäuse 12 befindet. Der Rotor 43 des Motor/Generators 6 wird durch das Motorgehäuse 15 über das Lager 47 gelagert. Insbesondere paßt sich der Flanschabschnitt 49a der Stützplattennabe 49, der die laminierten Dauermagnetplatten 43a des Rotors 43 stützt, an den Innenring des Kugellagers 47 an und wird durch ihn mit hohem Toleranzgrad gestützt. Der Außenring des Lagers 47 ist mit der Gehäuseseitenwand 15a verbunden.
Die Kurbelwelle 52 und die Rotornabe 49 sind über die Eingangsplatte 51 und die Antriebsplatte 55 verbunden. Die außermittige Drehung infolge von Explosionsschwingungen der Kurbelwelle 52 wird durch die Biegung der Antriebsplatte 55 und Eingangsplatte 51 (Biegeplatten) beseitigt, ohne zur Rotornabe 49 übertragen zu werden. Da zudem die Kurbelwelle 52 und die Mittelwelle 31 axial getrennt und nicht direkt miteinander verbunden sind, wird die unabhängige und hochgenaue Drehlagerung des Rotors 43 nicht beeinträchtigt. Der Stator 42 ist direkt am Motorgehäuse 15 genau gegenüber dem Rotor 43 mit einem geringen Spalt dazwischen befestigt. Auf das Kugellager 47 wird kaum Radiallast ausgeübt, da die durch die Zündungs-/Verbrennungsvorgänge verursachten Schwingungen von den beiden Platten 51, 55 absorbiert werden und das Kugellager 47 unabhängig durch die Motorgehäuseseitenwand 15a gestützt ist.
Der Drehmomentwandler 5 verformt sich durch Dehnen und Zusammenziehen infolge der Änderung des Innendrucks, d. h. des Ladedrucks, der zum Wandlerabteil B geführt wird, das durch den Frontdeckel 30 und die Außenhülle des Pumpenlaufrads 17 des Drehmomentwandlers 5 gebildet ist, sowie durch den Zentrifugaldruck, der durch seine Drehung erzeugt wird. Jedoch haben der Frontdeckel 30 und die Rotorstützplatte 45 jeweils einen getrennten, unabhängigen Aufbau, so daß die Verformung des Drehmomentwandlers 5 nicht die hochgenaue Zentrierung der Drehlagerung des Rotors 43 beeinträchtigt. Zusätzlich hat der Frontdeckel 30 einen massiven, einteiligen Aufbau, bei dem sich sein Mittelabschnitt 30b stufenweise in Axialrichtung erstreckt und der Innenumfang des Frontdeckels am Flanschabschnitt 31c der Mittelwelle befestigt ist und durch das Lager 47 über die Rotornabe 49 und die Mutter 59 axial gelagert ist, so daß die Verformung des Drehmomentwandlers infolge von Änderungen des Ladedrucks und/oder Zentrifugaldrucks nur nach hinten gerichtet ist, wo sie durch den Stützabschnitt der Ölpumpe 22a absorbiert wird, ohne den Frontdeckel 30 nach vorn zu drücken und die Rotorstützplatte 45 zu beeinflussen.
Somit wird der Motor/Generator sowohl axial als auch radial präzise gestützt und ist von der Überbrückungskupplung 3 radial nach außen angeordnet, die gegenüber einer herkömmlichen Überbrückungskupplung verkleinert ist. Der Motor/ Generator 6 steht nicht weit Über den Außendurchmesser des Torus des Drehmomentwandlers 5 vor. Trotz seines kompakten Aufbaus werden mit dem Motor/Generator 6 hoher Wirkungsgrad und hohe Leistung erreicht.
Auch wenn die Schwingungen in der Kurbelwelle 52 als winzige Schwingungen zur Plattennabe 50 über die Antriebsplatte 55 und die Eingangsplatte 51 übertragen werden, kann das Drehmoment dennoch ohne Reibverschleiß übertragen werden, da die Geradzahnkeile 50a der Nabe 50 und die Schraubenkeile 31a der Mittelwelle 31 in gegenseitiger Preßpassung stehen und spielfrei dazwischen in einem Stück drehen. Zudem dreht die Rotornabe 49, die zwischen Plattennabe 50 und Mittelwellen-Flanschabschnitt 31c bei festgezogener Mutter 59 eingefügt ist, spielfrei in einem Stück durch Reibungskräfte dazwischen, wodurch Drehmoment ohne Reibverschleiß zwischen der Mittelwelle 31 und der Rotornabe 49 übertragen werden kann.
Anhand von 4 wird nunmehr eine (teilweise abgewandelte) weitere Ausführungsform beschrieben. Beim Hybridfahrzeug-Antriebsstrang gemäß dieser Ausführungsform ist der Rotor 43 des Motor/Generators 6 direkt durch den Frontdeckel 30 gestützt. Auf seine Beschreibung wird verzichtet, und die gleichen Bezugszahlen werden für Komponenten und Merkmale benutzt, die mit denen der zuvor beschriebenen Ausführungsform identisch sind.
Im Motor/Generator 6 gemäß dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform ist sein Stator 42 am Motorgehäuse 15 befestigt, und der Rotor 43 ist an die Außenumfangsfläche des sich axial erstreckenden Mittelabschnitts 30b des Frontdekkels 30 angepaßt und daran angeordnet. Insbesondere ist die Innenumfangsfläche des Halteabschnitts (sich axial erstrekkender Abschnitt) 45b, der die laminierten Dauermagnetplatten 43a des Rotors 43 hält, an den Mittelabschnitt 30b des Frontdeckels angepaßt und wird durch ihn gestützt. Ferner ist der Scheibenabschnitt 45a der Stützplatte 45 mit einer Mutter 65 an der Außenfläche des Frontdeckel-Innendurchmesserabschnitts 30c über eine Schraube 66 befestigt.
Wie in der vorherigen Ausführungsform hat die Überbrükkungskupplung 3 einen kleineren Durchmesser als der Torus des Drehmomentwandlers 5 und ist an der Innenumfangsfläche des Frontdeckel-Mittelabschnitts 30b befestigt. Daher sind die Überbrückungskupplung 3 und der Motor/Generator 6 so positioniert, daß die radial ausgerichtet sind, d. h. sie überlappen sich in Axialrichtung. Zusätzlich ist wie in der vorherigen Ausführungsform der Dämpfer 41 der Überbrückungskupplung an der Innenumfangsfläche der Nabe 35 der Überbrückungskupplung so angeordnet, daß er zur Kupplung radial ausgerichtet ist. Daher ist die aufeinanderfolgende Ausrichtung in Radialrichtung (mit Überlappung in Axialrichtung) vom Gehäuse nach innen zur Mitte wie folgt: Stator 42 und Rotor 43 des Motor/Generators 6, Reibplatten 36, 37 der Überbrückungskupplung 3 und Dämpfer 41.
In dieser zweiten Ausführungsform ist die Antriebsplatte 55 an der Spitze der Kurbelwelle 52 über Schrauben 53 befestigt, und die Spitze der Antriebsplatte ist am Halteabschnitt 45b der Rotorstützplatte durch Schrauben 70 befestigt. Die am Mittelabschnitt des Frontdeckels 30 befestigte Mittelwelle 31 steht nach vorn vor, wobei sich ihr Spitzenabschnitt 31d in ein Mittelloch 52a der Kurbelwelle 52 mit einer Ausrichtung erstreckt, die mit der eines herkömmlichen Automatikgetriebes identisch ist.
Ein Durchgangsloch 12a erstreckt sich axial durch das Drehmomentwandlergehäuse 12. Im Loch 12a ist ein Drehverschiebungssensor 46' angeordnet. Dieser Sensor kann die Drehposition des Frontdeckels 30 und damit die Drehposition des mit ihm integrierten Rotors 43 in der Drehscheibe 67 erfassen, die am Frontdeckel 30 befestigt ist.
In dieser zweiten Ausführungsform ist der Rotor nicht wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform unabhängig drehbar gelagert, so daß die Zentriergenauigkeit des Rotors verringert ist. Jedoch sind das Lager, die Stützplatte und die Nabe u. ä., die den Rotor stützen, nicht erforderlich, was eine viel größere Kompaktheit in Axialrichtung ermöglicht. Auf die Beschreibung ihres Betriebs wird verzichtet, da er mit dem der vorherigen Ausführungsform übereinstimmt.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist eine 5-Gang-Automatikgetriebeeinheit als Automatikgetriebeeinheit dargestellt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf ein solches 5-Gang-Getriebe beschränkt und kann auch auf andere Automatikgetriebeeinheiten angewendet werden, z. B. eine 4-Gang- und 3-Gang-Automatikgetriebeeinheit. Ferner ist die Anwendung nicht nur auf Fahrzeuge mit Fronttriebwerk und Heckantrieb beschränkt, sondern kann auch mit FF-Fahrzeugen (mit Fronttriebwerk und Frontantrieb) erfolgen. Während in der vorstehenden Ausführungsform ferner ein bürstenloser Gleichstrommotor als Motor/Generator zum Einsatz kam, können auch andere Motorarten verwendet werden, z. B. ein Gleichstrommotor oder ein Wechselstrom-Induktionsmotor o. ä. Während zudem die vorstehenden Ausführungsformen mit einem Drehmomentwandler beschrieben wurden, kann statt dessen auch eine hydrodynamische Kupplung zum Einsatz kommen.
Setzt sich im Betrieb der zweiten Ausführungsform das Fahrzeug in Bewegung, wirkt der Motor/Generator 6 als Motor. Die Antriebskraft vom Motor wird zum Fahrzeug über den Drehmomentwandler 5 und die Automatikgetriebeeinheit 2 übertragen. Hierbei ist das Kraftstoffeinspritzsystem u. ä. nicht aktiviert, und das Verbrennungstriebwerk 13 befindet sich in einem Schlupfmodus. Anschließend wird relativ kurz nach Bewegungsbeginn des Fahrzeugs das Kraftstoffeinspritzsystem aktiviert, und der Motor/Generator 6 wirkt als Startermotor, um das Triebwerk anzulassen. In diesem Zustand unterstützt die Antriebskraft des Motor/Generators 6 die Antriebskraft des Verbrennungstriebwerks, was die erforderliche Leistung zum Beschleunigen, Bergauffahren u. ä. erzeugt. Wird dann die Fahrdrehzahl konstant, schlupft der Motor/Generator 6 durch oder wirkt als Generator, wobei das Fahrzeug nur durch die Leistung des Verbrennungstriebwerks betrieben wird. Auch beim Bergabfahren wirkt der Motor/Generator als Generator, was die Triebwerksbremswirkung verstärkt. Beim Bremsen erhöht sich ferner die regenerative Leistung vom Generator, und der Motor/ Generator 6 fungiert als regenerative Bremse. Wird anschließend das Fahrzeug gestoppt, schaltet sich das Verbrennungstriebwerk aus, wodurch der Leerlaufzustand entfällt.
Die Antriebskraft des Verbrennungstriebwerks und/oder des Motor/Generators wird direkt zur Eingangswelle 10 der Automatikgetriebeeinheit durch Einrücken der Überbrückungskupplung 3 übertragen, ohne den Drehmomentwandler 5 zu durchlaufen. Obwohl die Überbrückungskupplung 3 mit einem kleinen Durchmesser aufgebaut ist, da der Motor/Generator 6 von ihr radial nach außen vorgesehen ist, hat sie aufgrund der Tatsache, daß die Überbrückungskupplung 3 eine Mehrscheibenkupplung ist, eine ausreichende Drehmomentkapazität, die der Antriebskraft entspricht.
Da der Rotor 43 des Motor/Generators 6 über das Lager 47 im Motorgehäuse 15, 15a unabhängig gelagert ist, erfährt er keine Beeinträchtigung durch die exzentrischen Drehungen infolge von Schwingungen der Kurbelwelle 52 oder Verformung infolge des Arbeitsdrucks und der Zentrifugalkraft des hydraulischen Getriebes.
Wenngleich die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen einen Antriebsstrang betrifft, der zum Einsatz in einem Hybridfahrzeug bestimmt ist, in dem der Motor/Generator 6 zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel ist die Erfindung auch auf ein Fahrzeug anwendbar, in dem die Antriebsräder allein durch das Triebwerk angetrieben werden und der Motor/Generator 6 in einem Motormodus nur zum Start des Triebwerks betrieben wird.

Claims

Fahrzeugantriebsstrang zum Antreiben eines Fahrzeugs mit: einem Triebwerk (13) mit einer Kurbelwelle (52); einer ersten Getriebeeinheit (2) mit einer Eingangswelle (10); einer zweiten Getriebeeinheit (5), die zwischen der Kurbelwelle und der Eingangswelle (10) der ersten Getriebeeinheit (2) eingefügt ist, die ein hydraulisches Getriebe ist und die ein Pumpenlaufrad (17), einen Turbinenläufer (16), einen Frontdeckel (30) und eine Überbrückungskupplung (3) aufweist; und einem Motor (6) mit einem Stator (42) und einem Rotor (43), wobei der Stator (42) an der Außenseite des Rotors (43) angeordnet ist und in Axialrichtung länger ausgebildet ist als der Rotor(43), und der Rotor (43) direkt mit dem Frontdeckel (30) verbunden ist; wobei: der Turbinenläufer (16) an der dem Triebwerk (13) zugewandten Seite des Pumpenlaufrades (17) angeordnet ist; die Überbrückungskupplung (3) an der dem Triebwerk (13) zugewandten Seite des Turbinenläufers (16) angeordnet ist und einen kleineren Durchmesser als der größte Durchmesser des hydraulischen Getriebes (17, 16, 30, 3) hat; der Frontdeckel (30) einen Mittelabschnitt (30b) aufweist, von dem aus die Überbrückungskupplung (3) radial nach innen positioniert ist und der einen kleineren Durchmesser aufweist, als der kleinste Durchmesser des Motors (6), und einen Außendurchmesserabschnitt (30a) aufweist, der den Mittelabschnitt (30b) mit dem Pumpenlaufrad (17) verbindet der Motor (6) den Mittelabschnitt (30b) axial überlappt, der Rotor (43) den Außendurchmesserabschnitt (30a) in Axialrichtung nicht überlappt, und ein Teil des Stators (42), der in Axialrichtung länger als der Rotor (43) ist, den Außendurchmesserabschnitt (30a) in Axialrichtung überlappt; und der Stator (42) einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der größte Durchmesser des hydraulischen Getriebes (17, 16, 30, 3), und den Außendurchmesserabschnitt (30a) in Radialrichung überlappt; und der Antriebsstrang für den Antrieb des Motors ferner aufweist: eine Rotorstützplatte (45), an der die laminierten Platten (43a) des Rotors (43) befestigt sind, eine Rotornabe (49), die an der Rotorstützplatte (45) befestigt ist, ein Kugellager (47), das an der Rotornabe (49) vorgesehen ist und die Rotornabe (49) in radialer Richtung stützt, und eine Motorgehäuseseitenwand (15a), an der das Kugellager (47) befestigt ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei: der Stator (42) die zweite Getriebeeinheit (5) in radialer Richtung überlappt.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Außendurchmesserabschnitt (30a) des Frontdeckels (30) am Pumpenlaufrad (17) befestigt und der Form des Turbinenläufers (16) entsprechend geneigt ausgebildet ist; und der Stator (42) aus mehreren Magnetkernen (42a) gebildet ist, die in Axialrichtung geschichtet und von einer Spule (42b) umgeben sind: wobei der geneigte Außendurchmesserabschnitt (30a) des Frontdeckels (30) das ihm zugewandte Ende der Spule (42b) in axialer und radialer Richtung überlappt.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Überbrückungskupplung (3) eine Mehrscheibenkupplung ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Überbrückungskupplung (3) einen Dämpfer (41) mit über den Umfang beabstandeten Schraubenfedern hat; und der Dämpfer so abgeordnet ist, daß er die Innenumfangsfläche von Reibplatten (36, 37) der Überbrückungskupplung (3) axial überlappt.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die zweite Getriebeeinheit (5) ein hydraulisches Getriebe mit der Form eines Torus ist und das Pumpenlaufrad (17), den Turbinenläufer (16) und den Frontdeckel (30) aufweist, und der Frontdeckel (30) den Turbinenläufer (16) und die Überbrückungskupplung (3) abdeckt, wobei der Frontdeckel (30) das Pumpenlaufrad (17), die Kurbelwelle (52) und den Rotor (43) verbindet; der Mittelabschnitt (30b) des Frontdeckels (30) sich axial erstreckt; der Motor (6) vom Mittelabschnitt (30b) radial nach außen angeordnet ist; und die Überbrückungskupplung (3) einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Torus hat.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Motorgehäuseseitenwand (15a) des Motorgehäuses (15), in dem der Motor (6) untergebracht ist, der Kontur des vorderen Abschnitts des Stators (42) folgt; und ein Sensor (46) zum Erfassen einer Drehposition des Rotors (43) an der Seitenwand (15a) befestigt, im Wesentlichen axial zur Überbrückungskupplung (3) ausgerichtet und vom Stator (42) radial nach innen angeordnet ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit: einem Getriebegehäuse (30c), das die zweite Getriebeeinheit (5) und die Überbrückungskupplung (3) abdeckt; und wobei der Stator (42) am Motorgehäuse (15) befestigt ist und das Motorgehäuse (15) zwischen einem Gehäuse (12) der zweiten Getriebeeinheit (5) und dem Triebwerk (13) angeordnet ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 3 oder 6, wobei der Rotor (43) direkt mit dem Frontdeckel (30) zur Drehung mit ihm in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung verbunden ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Getriebeeinheit (5) ein Drehmomentwandler in Form eines Torus ist und einen Turbinenläufer (16), ein Pumpenlaufrad (17) und ein Leitrad (19) aufweist und wobei die Überbrückungskupplung,(3) einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Torus hat.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Motor ein Motor/Generator ist, der einen Motorbetriebsmodus und einen Generatorbetriebsmodus hat.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Frontdeckel (30) in axialer Richtung zu einem Ausgangselement (52) des Triebwerks (13) ausgerichtet und mit dem Ausgangselement (52) über in axialer Richtung gegenüberliegende flexible Platten (51, 55) verbunden ist, zwischen denen ein Spalt vorgesehen ist.
Fahrzeugantriebsstrang mit: einem Triebwerk (13); einer hydraulischen Getriebeeinheit (5) mit einem Pumpenlaufrad (17), einem Turbinenläufer (16), einer Überbrückungskupplung (3) und einem Frontdeckel (30), der einteilig mit der Außenhülle des Pumpenlaufrades (17) verbunden ist und den Turbinenläufer (16) und die Überbrückungskupplung (3) abdeckt; einem zwischen der hydraulischen Getriebeeinheit (5) und dem Triebwerk (13) angeordneten Motor (6) mit einem Stator (42) und einem Rotor (43), wobei der Rotor (43) von einer Stützplatte (45) gehalten wird, die mit dem Frontdeckel (30) verbunden ist; wobei der Frontdeckel (30) in axialer Richtung zu einem Ausgangselement (52) des Triebwerks (13) ausgerichtet und mit dem Ausgangselement (52) über in axialer Richtung gegenüberliegende flexible Platten (51, 55) verbunden ist, und zwischen einer mit dem Frontdeckel (30) verbundenen Mittelwelle (31) und dem Ausgangselement (52) ein Spalt vorgesehen ist, einem Getriebegehäuse (12), das die Getriebeeinheit (5) umschließt; und einem Motorgehäuse (15) für den Motor (6), das zwischen dem Getriebegehäuse (12) und dem Triebwerk (13) vorgesehen ist, wobei der Stator (42) am Motorgehäuse (15) befestigt und der Rotor (43) über ein Lager (47) und die Stützplatte (45) durch das Motorgehäuse (15.) drehbar gelagert ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 13, wobei der Fahrzeugantriebsstrang Stützteile (45, 49) zum Stützen des Rotors (43) unabhängig vom Frontdeckel (30) auf seiner Triebwerksseite und im Motorgehäuse (15) angeordnete Lager (47) aufweist, die zwischen den Stützteilen (45, 49) eingefügt sind.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 14, wobei: das Motorgehäuse, (15) eine Seitenwand (15a) hat, die das Triebwerk (13) vom Motor (6) trennt; und die Lager (47) in einem Innenumfang der Seitenwand (15a) eingebaut sind.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 13, ferner mit: einer Mittelwelle (31), an der der Frontdeckel (30) befestigt ist, wobei die Mittelwelle (31) axial zur Kurbelwelle (52) des Triebwerks (13) ausgerichtet ist und ein Ende hat, das einem Ende der Kurbelwelle (52) mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegt, und die Mittelwelle (31) und die Kurbelwelle (52) durch Stoßdämpfungsteile (51, 55) verbunden sind.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 13, ferner mit: einer Plattennabe (50), die mit der Kurbelwelle (52) über die Stoßdämpfungsteile (51, 55) verbunden ist, wobei die Plattennabe (50) ein Keilpaar (31a, 50a) mit der Mittelwelle (31) bildet, wobei das Keilpaar (31a, 50a) eine Preßpassung zwischen einem Schraubenkeil und Geradkeilen ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 13, ferner mit: einem Stützteil (45, 49) zum Stützen des Rotors (43), wobei das Stützteil eine auf die Mittelwelle (31) aufgepasste Rotornabe (49) hat; und einer Mutter (59), die sich auf Gewinde aufschraubt, die auf der Mittelwelle (31) gebildet sind, um die Rotornabe (49) des Stützteils (45, 49) gegen den Frontdeckel (30) zur Drehung damit zu drücken.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Stoßdämpfungsteile zwei flexible Platten (51, 55) aufweisen.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei: die Getriebeeinheit ein Drehmomentwandler (5) mit einem Turbinenläufer (16), einem Pumpenlaufrad (17) und einem Leitrad (19) ist, und der Motor ein Motor/Generator (6) ist, der sowohl einen Motorbetriebsmodus als auch einen Generatorbetriebsmodus hat.
Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 13 bis 20, zusätzlich mit einem Automatikgetriebe (2).
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 21, wobei das Automatikgetriebe (2) zur Getriebeeinheit (5), zum Rotor (43) und zum Triebwerk (13) axial ausgerichtet ist und wobei die Getriebeeinheit (5) axial zwischen dem Automatikgetriebe (2) und dem Rotor (43) liegt.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die erste Getriebeeinheit ein Automatikgetriebe (2) ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 21, wobei die Getriebeeinheit ein Drehmomentwandler (5) mit einem Pumpenlaufrad (17), einem Turbinenläufer (16) und einer Überbrückungskupplung (3) ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 13, wobei der Motor ein Motor/Generator (6) ist, der einen Generatorbetriebsmodus und einen Motorbetriebsmodus hat, in dem der Motor das Fahrzeug antreibt, wodurch das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist.