DE10305762B4

DE10305762B4 - Integrierter Drehmomentkonverter und Startergenerator

Info

Publication number: DE10305762B4
Application number: DE10305762A
Authority: DE
Inventors: Gurinder S. Canton Kahlon; Shawn H. Canton Swales; Daniel Thief River Falls Denton
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2003-02-11
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: US20030151319A1; US6781272B2; GB2385036A; DE10305762A1; GB2385036B; FR2835785A1; GB0300763D0

Abstract

Ein Antriebssystem für ein von einem Verbrennungsmotor (20) angetriebenes Kraftfahrzeug, das zwischen einer Kurbelwelle des Motors (20) und einer Getriebeeingangswelle (28) eines zudem eine Statorwelle (45) aufweisenden Getriebes (26) angeordnet ist, weist auf:
– ein Gehäuse (30), das zwischen dem Motor (20) und dem Getriebe (26) angeordnet ist,
– einen Drehmomentwandler (32, 132), der innerhalb des Gehäuses (30) und in Nähe des Motors (20) angeordnet ist, der einen Deckel (40) hat, welcher mit der Kurbelwelle (22) drehverbindbar ist, und einen Impeller (42, 142) hat, welcher mit diesem Deckel (40) drehverbunden ist und eine Impellernabe (44, 144) aufweist, die an der Statorwelle (45) montierbar ist,
– einen Motorgenerator, der in einer Einheit Anlasser und Lichtmaschine zusammenfasst und der innerhalb des Gehäuses (30) in Nähe des Impellers (42, 142) und zwischen dem Drehmomentwandler (32, 132) und dem Getriebe angeordnet ist, und der einen Stator (50), der vom Gehäuse...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem von Kraftfahrzeugen und insbesondere auf Drehmomentwandler, die integriert sind mit Starter-Generatoren bzw. Anlassermaschinen.
Aus der DE 199 23 315 A1 ist eine Anordnung für die Montage zwischen einem Motor 1 mit einer Kurbelwelle und einem Getriebe, das eine Getriebeeingangswelle und eine Statorwelle hat, bekannt. Ferner besitzt diese Anordnung einen Drehmomentwandler, der in der Nähe des Motors angeordnet ist und der einen Deckel, einen Impeller und eine Impellernabe aufweist, wobei der Deckel mit dem Impeller und der Kurbelwelle drehverbunden und die Impellernabe an der Statorwelle montiert ist. Weiterhin ist in der Nähe des Impellers zwischen dem Drehmomentwandler und dem Getriebe ein Motorgenerator 7 angeordnet, der aus einem Stator sowie einem Rotor besteht.
Aus der FR 2 835 976 A1 geht eine Anordnung für die Montage zwischen einem Motor und einem Getriebe hervor, die eine elektrische Maschine und einen Drehmomentwandler umfasst, wobei zur Rotationsverbindung eines Rotorträgers mit dem Drehmomentwandler ein flexibles Teil eingesetzt wird, das axiale Verschiebungen und Vibrationen aufnehmen kann. Ferner wird in dieser Schrift ein Gehäuse offenbart, das die elektrische Maschine und den Drehmomentwandler aufnimmt und das für eine Montage zwischen dem Motor und dem Getriebe ausgebildet ist.
DE 199 43 037 A1 offenbart ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine, die an einer Antriebswelle eines Antriebsaggregates, zum Beispiel eines Verbrennungsmotors, elektrische Energie erzeugen oder in mechanische Energie umwandeln kann. Es handelt sich also um eine Starter/Generator-Anordnung für eine Brennkraftmaschine. Es wird vorgeschlagen, einen Rotor an der Ausgangswelle einer Brennkraftmaschine anzuordnen. Die Anordnung ist dabei nicht starr, vielmehr sind zwischen dem Rotor und der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine Mittel zur Schwingungsentkoppelung und zur Ermöglichung einer Relativbewegung zwischen dem Rotor und der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine.
DE 100 47 950 A1 offenbart eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug mit einem Hybridfahrzeugantriebsstrang mit einem Motorgeneratr, der mit einem Drehmomentwandler eines herkömmlichen Automatikgetriebes verbunden ist. Der Hybridfahrzeugantriebsstrang weist auf: einen Verbrennungsmotor, z. B. einen Benzinmotor, den Motorgenerator, z. B. einen bürstenlosen Gleichstrommotor oder dgl., der in einem Elektromotorgehäuse untergebracht ist, und das Automatikgetriebe, das eine Leistung vom Motor und vom Motorgenerator überträgt. Das heißt, der Hybridfahrzeugantriebsstrang, in dem der Motorgenerator und das Automatikgetriebe D1 sequentiell angeordnet sind, bilden die Motorseite.
Konventionell sind in Kraftfahrzeugen mit Explosionsmotoren die Anlassermotoren (auch Starter oder Anlasser genannt) und die Lichtmaschinen (auch Generatoren genannt) separate Komponenten, die für sich im Motorraum angeordnet sind. Der Anlasser wird nur während des Startens des Motors verwendet, um die Kurbelwelle zu drehen. Die Lichtmaschine stellt während des Betriebs der Maschine elektrische Leistung für das Aufladen der Batterie des Fahrzeuges und den Betrieb der Elektronik des Fahrzeugs zur Verfügung. Diese Anordnung hat jedoch Nachteile, da die Kosten allgemein hoch sind, weil separate Anordnungen verwendet werden, die jeweils ihre eigenen zugehörigen Komponenten und Gehäuse haben. Weiterhin wird Konstruktionsraum und Platz benötigt, er wird nicht so effizient eingesetzt, wie dies ei gentlich möglich ist. Die vorbekannte Anordnung ist insbesondere unwirtschaftlich insoweit, als die beiden Bauteile selten, wenn überhaupt jemals gleichzeitig in Betrieb sind.
Da die Kraftfahrzeuge zunehmend kleiner werden und es nötig ist, die Kraftfahrzeugkosten zu reduzieren, ist es wünschenswert, die Kosten und den Konstruktionsraum für diese beiden Komponenten zu reduzieren. Dies ist insbesondere bedeutsam in Kraftfahrzeugen, die zudem ein automatisches Getriebe (oder Transaxle) und einen Drehmomentwandler (bzw. Drehmomentkonverter) aufweisen, weil ein automatisches Getriebe und ein Drehmomentwandler insgesamt mehr Konstruktionsraum und Platz benötigen, als ein manuelles Getriebe und eine entsprechende Kupplung. Als Ergebnis hat man bereits versucht, den Anlasser und die Lichtmaschine in einer einzigen Einheit zusammenzufassen. Es besteht aber die Notwendigkeit, diese Integration dergestalt durchzuführen, dass Packungsdichte und Kosten minimalisiert sind, während es möglich ist, dass sowohl die Anlasserfunktion als auch die Generatorfunktion adäquat und funktionsrichtig durchgeführt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit Antrieb nur durch einen Verbrennungsmotor und mit automatischem Getriebe zur Verfügung zu haben, das die Nachteile der konventionellen Anordnung der Komponenten vermeidet, insbesondere ein System mit einem integrierten Anlasser-Generator zur Verfügung zu haben, welches kompakt an eine Drehmomentwandler-Einheit angesetzt werden kann, um die Anzahl der Komponenten und den Raum zu reduzieren, der innerhalb des Motorraums des Fahrzeugs benötigt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine integrierte Anordnung, die sowohl eine Drehmoment-Konverter-Anordnung als auch eine integrierte Anlasser-Generator-Einheit aufweist, welche zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Platz und Konstruktionsraum, der für ein Einfügen einer Anlasser-Generator-Einheit, im folgenden auch ISG genannt, in den Motorraum eines Fahrzeugs benötigt wird, minimalisiert wird.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein separater Anlasser und ein Generator nicht mehr benötigt werden, dies reduziert die Kosten der Anordnung insgesamt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in dieser zeigen:
1: eine schematische Querschnittsansicht einer Drehmoment-Konverter-Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und,
2: eine ähnliche Darstellung wie 1, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
1 zeigt einen Motor 20, der eine Kurbelwelleneinheit 22 aufweist, welche eine Flexplatte 38 hat, die an einer integrierten Anordnung 24 montiert ist, welche ihrerseits an einem Getriebe 26 montiert ist, das eine Getriebe eingangswelle 28 hat. Wenn hier Bezug auf das Getriebe genommen wird, so schließt dies auch einen Transaxle ein, wenn dies anwendbar ist. Die integrierte Anordnung 24 hat auch ein glockenförmiges Gehäuse 30, in dem eine Drehmoment-Konverter-Anordnung 32 untergebracht ist, und ein Motorgehäuse 34, in welchem eine integrierte Anlasser-Generator (ISG) Motoranordnung 36 montiert ist. Wenn Bezug genommen wird auf eine ISG, so sind damit auch integrierte Anlasser-Lichtmaschinen gemeint, wenn dies möglich ist.
Die Drehmoment-Konverter-Anordnung 32 ist im ganzen genommen allgemein ein konventioneller Drehmoment-Konverter. Sie hat einen Deckel 40, der verschraubt ist mit und der rotiert mit der Flexplatte 38, und einen Impeller 42, der verschweißt ist an den Deckel 40 und mit diesem rotiert. Die Drehmoment-Konverter-Anordnung 32 hat auch eine Turbine (nicht dargestellt), die an der Getriebeeingangswelle 28 montiert ist und zwar am Ende, das dem Motor 20 am nächsten ist, dies entspricht der konventionellen Ausbildung, und eine Stator/Einwegkupplungsanordnung (nicht dargestellt), die an einer Statorwelle 45 in üblicher Weise montiert ist. Der Impeller 42 weist eine Impellernabe 44 auf, die sich zum getriebeseitigen Ende des Drehmoment-Konverters erstreckt, sie reitet bzw. lagert auf einem Nadellager 46. Der Deckel 40 weist eine Nabe 48 auf, die in die Kurbelwelle 22 des Motors eingeführt ist und auf diese Weise durch die Motorlager (nicht dargestellt) getragen wird. Bei dieser konventionellen Anordnung für den Halt der Drehmoment-Konverter-Anordnung 32 ist die Belastung an und auf der Kurbelwelle 22 ähnlich wie bei einem Drehmoment-Konverter konventioneller Produktion, so dass die vorliegende Erfindung keine Änderungen an der Kurbelwelle oder an ihren Lagern erforderlich macht.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das Äußere des Impellers 42 eine halbringförmige Form hat. Dies ist die konventionelle Form und sie ist aufgrund der Strömungerfordernis notwendig, um Drehmoment mittels des Fluids inner halb der Anordnung 32 zu transferieren. Wie unten noch diskutiert werden wird, zieht die vorliegende Erfindung Vorteile aus dieser Form, um die axiale Länge der integrierten Einheit 24 klein halten zu können.
Die ISG-Anordnung 36 hat auch einen ISG-Stator 50, der an dem Motorgehäuse 34 montiert ist. Das Motorgehäuse 34 trägt nicht nur den ISG-Stator 50, es erstreckt sich auch um die ISG-Anordnung 36 und sichert das Nadellager 46 zwischen sich selbst und der Impellernabe 44. Das Motorgehäuse 34 stützt zusätzlich ein paar Motorträgerlager 52, auf welchen ein Rotorträger 54 reitet. Da das Motorgehäuse 34 sowohl die Motorträgerlager 52 als auch den ISG-Stator 50 trägt, ist die Anzahl der Teile in einer Aufsummierung der Toleranzen minimalisiert, dies sichert eine gute Passung, wenn die Teile zusammengefügt werden, mit einem kleinen magnetischen Luftspalt für gute elektrische Eigenschaften der Maschine.
Die ISG-Anordnung 36 hat auch einen ISG-Rotor 56, der auf einem Rotorträger 54 reitet und montiert ist in Nähe zum ISG-Stator 50. Da die ISG-Anordnung 36 zwischen der Drehmoment-Konvertereinheit 32 und dem Getriebe 26 angeordnet ist und aufgrund der eigenen ringförmigen Ausbildung des Impellers 42, ist es den Endwindungen des ISG-Rotors 56 möglich, axial den Impeller 42 zu übergreifen. Diese Konfiguration erlaubt dadurch eine reduzierte gesamte axiale Länge der integrierten Einheit 24, sie minimalisiert zudem den Durchmesser der Anordnung. Auf diese Weise wird Platz und Konstruktionsraum für die gesamte integrierte Anordnung 24 eingespart und der Konstruktionsraum minimalisiert.
Eine Serie von ISG-Stiften 58 ist am Impeller 42 angeordnet und ist auch mit dem ISG-Rotorträger 54 über eine Serie von allgemein zylindrischen, elastomeren Hülsen 16 verbunden. Wie bereits oben diskutiert, ist die Drehmomentkonvertereinheit auf einem Lagersystem montiert, das das Nadellager 46 und die Kurbelwelle 22 aufweist, während der ISG-Rotorträger 54 auf dem Rotorträgerlager 52 reitet. Aufgrund der Tatsache, dass diese beiden unabhängigen Lagersysteme benutzt werden, wird eine gewisse Nachgiebigkeit zwischen dem ISG-Rotor und der Drehmoment-Konverter-Anordnung erforderlich. Dies wird durch elastomere Hülsen 60 erreicht. Durch diese Stifte und die Hülsen 60 ist der ISG Rotor 56 rotationsverbunden mit und wird angetrieben vom Impeller 42. Demgemäss sind die Drehmoment-Konverter-Anordung 32 und die ISG-Anordung 36 miteinander gekoppelt und integriert in eine kompakte integrierte Anordnung 24.
Die Arbeitsweise der integrierten Anordnung 24 im Antriebsstrang eines Fahrzeugs wird nun im folgenden diskutiert: Wenn der Motor 20 in Betrieb ist, treibt er die Kurbelwelle 22 und die Flexplatte 38, dies wiederum treibt den Drehmoment-Konverter-Deckel 50 und den Impeller 42 an. Der Impeller 42 transferiert Drehmoment zur Turbine (nicht dargestellt), dies in konventioneller Art und Weise, welche wiederum die Eingangswelle 28 des Getriebes antreibt. Soweit ist dies alles genau so wie bei einem konventionellen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Impeller 42 treibt auch den ISG Rotor 56 über die ISG-Stifte 58 und den Rotorträger 54 an. Diese Rotation erregt den ISG-Stator 50, der eine konventionelle Fahrzeugbatterie (nicht dargestellt) auflädt und Elektrizität für die andere Kraftfahrzeugelektronik zur Verfügung stellt. Demgemäss ist die ISG-Motor-Generator-Anordnung 36 in ihrem Generatorzustand.
Andererseits, wenn der Motor ausgeschaltet ist und ein Nutzer des Fahrzeuges den Fahrzeugschlüssel (nicht dargestellt) zum Start dreht, wird die Fahrzeugbatterie (nicht dargestellt) den ISG-Stator 50 erregen, dies führt zu einem Antrieb des ISG-Rotors 56. Der ISG-Rotor 56 treibt dann den Impeller 42 an, welcher wiederum die Kurbelwelle 22 des Motors antreibt. Nun ist die ISG-Motorgenerator-Anordnung 36 im Anlassermodus, also im Zustand für ein Starten des Motors.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Elemente, die identisch sind mit denjenigen im ersten Ausführungsbeispiel, mit denselben Bezugsziffern versehen. Diejenigen Elemente aber, die geändert oder die zugefügt sind, werden mit Bezugsziffern aus der Serie der 100er-Nummern versehen. Der Motor 20, das Getriebe 26, die Kurbelwelle 22, die Flexplatte 38, das Gehäuse 30 des Drehmoment-Konverters, der Deckel 40 des Drehmoment-Konverters, die Eingangswelle 28 des Getriebes, der ISG-Stator 50, der ISG-Rotor 56 und die Statorwelle 45 sind im wesentlichen dieselben Teile wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Das Motorgehäuse 134 trägt den ISG-Stator 50 und erstreckt sich zudem radial nach innen, um sowohl das Nadellager 46 als auch ein zweites Nagellager 152 zu tragen. Der ISG-Rotorträger 154 ist radial innerhalb dieser zwei Lager 46, 152 angeordnet. Beide dieser Lager 46, 152 sind innerhalb des abgeschlossenen Bereichs des Gehäuses des Getriebes 26, so dass sie sich innerhalb des Ölbades, das innerhalb des Getriebes vorliegt, befinden. Dies reduziert Reibung und verbessert die Lebensdauer der Lager 46, 152. Der ISG-Rotorträger trägt auch die Impellernabe 144 über eine statische Dichtung 153. Als Ergebnis ist die Impellernabe 144 getragen und reitet auf den Lagern 46, 152 über den ISG-Rotorträger 154. Es ist nur eine statische Dichtung 153 notwendig, da die beiden Komponenten als eine Einheit miteinander umlaufen.
Es ist eine ISG-Flexplatte 158 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen dem Rotorträger 154 und dem Impeller 142 darstellt. Diese ISG Flexplatte 158 bildet eine starre Rotationsverbindung, um Drehmoment zwischen der Drehmoment-Konverter-Anordnung 132 und der Motoranordnung 136 übertragen zu können, wobei sie auch ein gewisses axiales Spiel zwischen diesen beiden Anordnungen zulässt. Sie lässt eine laterale Nachgiebigkeit zu, um Fehlausrichtungen von Motor und Transmission auszugleichen, und ein Ausdehnen des Drehmoment-Konverters unter Druck zu.
Auch wenn gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Verbindung im Detail beschrieben wurden, so sind Fachleute im Stand der Technik in der Lage, festzustellen, dass unterschiedliche Ausbildungen und Ausführungen möglich sind, um die Erfindung in die Tat umzusetzen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Ein Antriebssystem für ein von einem Verbrennungsmotor (20) angetriebenes Kraftfahrzeug, das zwischen einer Kurbelwelle des Motors (20) und einer Getriebeeingangswelle (28) eines zudem eine Statorwelle (45) aufweisenden Getriebes (26) angeordnet ist, weist auf: – ein Gehäuse (30), das zwischen dem Motor (20) und dem Getriebe (26) angeordnet ist, – einen Drehmomentwandler (32, 132), der innerhalb des Gehäuses (30) und in Nähe des Motors (20) angeordnet ist, der einen Deckel (40) hat, welcher mit der Kurbelwelle (22) drehverbindbar ist, und einen Impeller (42, 142) hat, welcher mit diesem Deckel (40) drehverbunden ist und eine Impellernabe (44, 144) aufweist, die an der Statorwelle (45) montierbar ist, – einen Motorgenerator, der in einer Einheit Anlasser und Lichtmaschine zusammenfasst und der innerhalb des Gehäuses (30) in Nähe des Impellers (42, 142) und zwischen dem Drehmomentwandler (32, 132) und dem Getriebe angeordnet ist, und der einen Stator (50), der vom Gehäuse (30) getragen wird, einen Rotorträger (54, 154), der am Gehäuse montiert ist und relativ zu diesem drehbar ist, und einen Rotor hat, der auf dem Rotorträger (54, 154) in Nähe des Stators (50) montiert ist, und – einem Satz von nachgiebigen Anordnungen (58, 158), insbesondere Stiftanordnungen, die zwischen dem Rotorträger (54, 154) und dem Impeller (42, 142) angeordnet sind und den Rotor mit dem Impeller (42, 142) rotationskoppeln, wobei – der Satz der nachgiebigen Anordnungen (58, 158) eine Vielzahl von steifen Stiften und eine Vielzahl von flexiblen Zylindern, welche an den steifen Stiften angeordnet sind, aufweist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine flexible Teil eine Flexplatte (38) ist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin zumindest ein Lager aufweist, das zwischen dem Rotorträger (54, 154) und dem Gehäuse (30) angeordnet ist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein Lager aufweist, das zwischen dem Gehäuse (30) und der Impellernabe (44, 144) angeordnet ist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller (42, 142) weiterhin eine äußere radiale Oberfläche aufweist und dass der Rotor eine äußere radiale Oberfläche aufweist, die sich radial inwärts der äußeren radialen Oberfläche des Impellers (42, 142) befindet.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller (42, 142) eine im Allgemeinen halbringförmige Form in einer Anordnung in der Nähe des Motorgenerators hat, und dadurch, dass der Rotors eine Oberfläche in Nähe dieses Impellers (42, 142) aufweist, die entsprechend der Form des Impellers (42, 142) an diesem Ort ausgebildet ist.