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Die Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere einen Bi-Motor-Antrieb für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebs gemäß den Ansprüchen 12 bis 14.
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Als Bi-Motor-Antriebe werden üblicherweise Antriebe bezeichnet, die zwei Brennkraftmaschinen umfassen. Aus der
US 4 512 301 A ist ein solcher Bi-Motor-Antrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, der eine als Brennkraftmaschine ausgebildete primäre Antriebseinheit und eine ebenfalls als Brennkraftmaschine ausgebildete sekundäre Antriebseinheit umfasst. In Abhängigkeit von den Fahrtbedingungen kann wahlweise eine oder beide Brennkraftmaschinen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs in Betrieb genommen werden. Jede der beiden Brennkraftmaschinen weist eine Kurbelwelle auf, die über ein Zahnradgetriebe mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden ist, und ist mit einem separaten Starter versehen, dessen Ritzel mit einem Starterzahnrad auf der zugehörigen Kurbelwelle kämmt. Bei einer der beiden Brennkraftmaschinen ist die Kurbelwelle mit einer Kupplung ausgestattet, die es gestattet, die Brennkraftmaschine wahlweise mit dem Antriebsstrang zu verbinden oder vom Antriebsstrang zu trennen. Als nachteilig wird angesehen, dass zwei Starter benötigt werden.
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Um dies zu vermeiden, wurde in der
DE 199 34 790 A1 bereits ein Bi-Motor-Antrieb der eingangs genannten Art für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei dem eine Haupt-Antriebseinheit und eine Neben-Antriebseinheit in Form von getrennten Brennkraftmaschinen mittels eines einzigen Starter-Generators gestartet werden. Um es zu ermöglichen, den Starter-Generator wahlweise mit der ersten Brennkraftmaschine, mit der zweiten Brennkraftmaschine oder mit dem Antriebsstrang zu verbinden bzw. von diesen zu trennen, sind dort jedoch drei Kupplungen erforderlich, die an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, so dass sie sich nicht mit dem Starter-Generator zu einer Einheit integrieren lassen. Bei dem bekannten Antrieb werden die beiden Brennkraftmaschinen im gemeinsamen Betrieb zudem mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben, was zu einer höheren Laufunruhe des Antriebs führt.
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Aus der Druckschrift
US 7 032 385 B2 ist eine Antriebseinrichtung mit mehreren Kurbelwellen sowie mit einer elektrischen Maschine bekannt. Die elektrische Maschine kann auf verschiedene Art und Weise mit den Kurbelwellen gekoppelt werden. Weiterhin zeigt die Druckschrift
US 7 792 626 B2 eine Antriebseinrichtung mit zwei Brennkraftmaschinen, deren Kurbelwellen miteinander gekoppelt werden können.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass im Betrieb beider Antriebseinheiten eine Synchronisation derselben mit nur zwei Kupplungen und einer Synchron- oder Formschlusskupplung möglich ist und dass sich die Kupplungen vorzugsweise mit der als Starter-Generator dienenden Elektromaschine zu einer Einheit integrieren lassen. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebs bereitzustellen, mit dem sich der erste und der zweite Antrieb mittels der Elektromaschine nacheinander starten und zum gemeinsamen Betrieb miteinander synchronisieren lassen.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den Antrieb durch eine erste Kupplung zum Kuppeln des Rotors mit der Abtriebswelle, eine zweite Kupplung zum Kuppeln des Rotors mit der zweiten Antriebseinheit und eine als Synchron- oder Formschlusskupplung ausgebildete dritte Kupplung zum Kuppeln der zweiten Antriebseinheit mit der Abtriebswelle gelöst. Die zweite Antriebseinheit weist eine durch ein festes Getriebe mit einer Zwischenwelle verbundene Antriebswelle auf, wobei die zweite Kupplung zwischen dem Rotor und der Zwischenwelle angeordnet und die dritte Kupplung zwischen der Zwischenwelle und der Abtriebswelle angeordnet ist.
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Das Kuppeln der zweiten Antriebseinheit mit der Abtriebswelle erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer definierten Phasenlage oder Phasenbeziehung der beiden Antriebseinheiten.
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Die erste Antriebseinheit weist vorzugsweise eine durch ein festes Getriebe kraftschlüssig mit der Abtriebswelle verbundene erste Antriebswelle auf, um im Betrieb der ersten Antriebseinheit Leistungsverluste zu vermeiden.
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Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Antriebseinheit um eine primäre Antriebseinheit und bei der zweiten Antriebseinheit um eine sekundäre Antriebseinheit, die der primären Antriebseinheit bei Bedarf zugeschaltet wird. Der erfindungsgemäße Antrieb findet bevorzugt als sogenannter Bi-Motor-Antrieb in Kraftfahrzeugen Verwendung, wobei die erste und die zweite Antriebseinheit von Brennkraftmaschinen und bevorzugt von Reihen-Brennkraftmaschinen gebildet werden, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, jedoch getrennte Kurbeltriebe und getrennte Ventiltriebe aufweisen, und wobei die Abtriebswelle zweckmäßig über ein Wechselgetriebe einen Antriebsstrang der Kraftfahrzeuge treibt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch denkbar, dass der erfindungsgemäße Antrieb an Stelle von Brennkraftmaschinen andere Antriebseinheiten umfasst.
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Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es mit Hilfe der als Synchron- oder Formschlusskupplung ausgebildeten dritten Kupplung, die beiden Antriebseinheiten so mit der Abtriebswelle zu kuppeln, dass die beiden Antriebseinheiten bzw. deren Antriebswellen während des gemeinsamen Betriebs der beiden Antriebseinheiten, der nachfolgend auch als Bi-Motor-Betrieb bezeichnet wird, dieselbe Drehzahl aufweisen. Vorzugsweise stehen die Antriebseinheiten darüber hinaus in einer definierten festen Phasenbeziehung, wodurch im Betrieb der beiden Brennkraftmaschinen definierte Zündabstände zwischen diesen eingestellt und dadurch sowohl die Geräuschentwicklung und Drehungleichförmigkeiten vermindert werden können.
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Zur Synchronisation der beiden Antriebseinheiten oder Antriebswellen bzw. zur Synchronisation der zweiten Antriebswelle mit der kraftschlüssig mit der ersten Antriebswelle verbundenen und von der ersten Antriebseinheit angetriebenen Abtriebswelle zum gemeinsamen Betrieb der beiden Antriebseinheiten wird zuerst die zweite Antriebseinheit gestartet bzw. angedreht und ihre Antriebswelle auf eine Drehzahl etwas oberhalb der Drehzahl der Abtriebswelle und der ersten Antriebseinheit gebracht, indem bei geöffneter zweiter Kupplung und bei geöffneter dritter Kupplung die erste Kupplung geschlossen wird.
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Zum Andrehen der zweiten Antriebseinheit wird die zuvor geschlossene erste Kupplung geöffnet, um den Rotor der Elektromaschine von der Abtriebswelle und der ersten Antriebseinheit abzukuppeln, während die zweite Kupplung geschlossen wird, um die zweite Antriebswelle mit Hilfe der Elektromaschine zu beschleunigen. Dabei kann die zum Andrehen erforderliche Leistung teilweise durch Stromzufuhr und teilweise durch das Trägheitsmoment des sich drehenden Rotors der Elektromaschine aufgebracht werden. Wenn dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs keine Leistung zugeführt werden muss, kann die zum Andrehen der zweiten Antriebseinheit erforderliche Leistung auch ganz oder teilweise von der ersten Antriebseinheit aufgebracht werden, indem beim Schließen der zweiten Kupplung die erste Kupplung geschlossen bleibt, um den Rotor und die durch die zweite Kupplung mit dem Rotor gekuppelte zweite Antriebseinheit mittels der ersten Antriebseinheit zu beschleunigen.
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Nachdem die zweite Antriebseinheit mittels der Elektromaschine auf eine Drehzahl beschleunigt worden ist, die vorzugsweise etwas höher als die Drehzahl der ersten Antriebseinheit ist, wird zweckmäßig bei geschlossener zweiter Kupplung und geöffneter dritter Kupplung die erste Kupplung bis zum Schleifen geschlossen, um den Rotor etwas abzubremsen und dadurch die Drehzahl der zweiten Antriebseinheit auf die Drehzahl der ersten Antriebseinheit zu bringen. Dies hat den Vorteil, dass die zweite Antriebseinheit bereits während der Synchronisation mit der ersten Antriebseinheit einen Teil des von ihr erzeugten Drehmoments über die schleifende erste Kupplung an die Abtriebswelle abgibt. Bei der Annäherung der Drehzahl der zweiten Antriebseinheit an die Drehzahl der ersten Antriebseinheit existiert ein Schlupf zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle, der es gestattet, die zweite Antriebswelle und die Abtriebswelle in eine definierte Phasenlage oder Phasenbeziehung zu bringen, in der die als Synchron- oder Formschlusskupplung ausgebildete dritte Kupplung geschlossen werden kann. Beim Schließen der dritten Kupplung werden vorteilhaft Mitnehmer, die in Durchgangsbohrungen einer drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbundenen Führungsscheibe axial verschiebbar sind, mit komplementären Aufnahmeöffnungen eines drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen Bauteils in Eingriff gebracht, um die zweite Antriebswelle und die Abtriebswelle in der definierten Phasenlage oder Phasenbeziehung fest zu kuppeln.
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Statt mit Hilfe der schleifenden ersten Kupplung kann die Synchronisation der beiden Antriebseinheiten oder Antriebswellen alternativ auch mit Hilfe der Elektromaschine erfolgen oder unterstützt werden, indem während des Synchronisationsvorgangs der mit der zweiten Antriebswelle gekuppelte Rotor durch eine entsprechende Steuerung der Elektromaschine beschleunigt oder abgebremst wird, um die Drehzahl der zweiten Antriebseinheit an die Drehzahl der ersten Antriebseinheit und der kraftschlüssig mit der ersten Antriebseinheit verbundenen Abtriebswelle bzw. den Schlupf zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle so anzupassen, dass sich die Mitnehmer in die Aufnahmeöffnungen einführen oder einspuren lassen.
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Die erfindungsgemäße Lösung kommt zudem mit nur zwei Kupplungen und einer Synchronisierungs- bzw. Formschlusskupplung aus, um a) die erste Antriebseinheit mittels der Elektromaschine zu starten oder anzuschleppen, um b) die erste Antriebseinheit allein oder zusammen mit der im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromaschine zu betreiben, um c) die zweite Antriebseinheit im Betrieb der ersten Antriebseinheit mittels der Elektromaschine zu starten oder anzudrehen, um d) die zweite Antriebseinheit mit der ersten Antriebseinheit zu synchronisieren, und um e) die mit der ersten Antriebseinheit synchronisierte zweite Antriebseinheit formschlüssig mit der Abtriebswelle zu kuppeln, so dass die beiden Antriebseinheiten im Synchronlauf gemeinsam sowie ggf. zusammen mit der im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromaschine betrieben werden können. Da außerdem sämtliche Kupplungen in die Elektromaschine integriert werden können, ist mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination eine sehr kompakte Bauweise möglich, wodurch der Platzbedarf des gesamten Antriebs erheblich verkleinert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Merkmalskombination hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Trägheitskräfte des rotierenden Rotors der Elektromaschine und ggf. die erste Antriebseinheit zum Starten bzw. Andrehen der zweiten Antriebseinheit genutzt werden können, wie zuvor beschrieben. Dadurch kann für eine schnellere Beschleunigung der zweiten Antriebseinheit gesorgt werden, als dies allein durch Stromzufuhr zu der als Starter dienenden Elektromaschine möglich wäre, und somit die zum Starten der zweiten Antriebseinheit benötigte Zeit sehr kurz gehalten werden. Der Rotor der Elektromaschine ist vorzugsweise drehbar auf der Abtriebswelle gelagert und kann beim Starten der zweiten Antriebseinheit durch Öffnen der ersten Kupplung von der Abtriebswelle abgekuppelt werden, so dass das Starten und Andrehen der zweiten Antriebseinheit zudem keine Auswirkungen auf die von der ersten Antriebseinheit angetriebene Abtriebswelle und den nachfolgenden Antriebsstrang hat und insbesondere kein spürbarer Ruck im Antriebsstrang erzeugt wird. Außerdem kann die Elektromaschine während des alleinigen Betriebs der ersten Antriebseinheit, der nachfolgend auch als Mono-Motor-Betrieb bezeichnet wird, sehr schnell vom Generatorbetrieb in den Motorbetrieb wechseln, wenn die zweite Antriebseinheit gestartet werden soll, wodurch die zum Starten der zweiten Antriebseinheit benötigte Zeit weiter verkürzt werden kann. Darüber hinaus kann die im Motorbetrieb arbeitende Elektromaschine zum Boosten der ersten Antriebseinheit im Mono-Motor-Betrieb oder zum Boosten der beiden Antriebseinheiten im Bi-Motor-Betrieb genutzt werden.
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Gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist a) die erste Kupplung in inaktivem Zustand geschlossen, um den Rotor mit der Abtriebswelle zu kuppeln, und wird aktiv betätigt, um durch Öffnen der ersten Kupplung den Rotor von der Abtriebswelle abzukuppeln bzw. durch Schließen der geöffneten ersten Kupplung bis zum Schleifen die Synchronisation der zweiten Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu unterstützen, ist b) die zweite Kupplung in inaktivem Zustand geöffnet, so dass die zweite Antriebswelle und der Rotor nicht miteinander gekuppelt sind, und wird bei Bedarf aktiv betätigt, um durch Schließen der zweiten Kupplung die zweite Antriebseinheit zum Starten mit dem Rotor zu kuppeln, und ist c) die dritte Kupplung in inaktivem Zustand geöffnet, so dass die zweite Antriebswelle und die Abtriebswelle im Mono-Motor-Betrieb und während der Synchronisation nicht miteinander gekuppelt sind, und wird aktiv betätigt, um durch Schließen der dritten Kupplung die zweite Antriebswelle nach dem Start der zweiten Antriebseinheit und nach der Synchronisation der beiden Antriebseinheiten formschlüssig mit der Abtriebswelle zu kuppeln.
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Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, zum Starten bzw. Anschleppen der ersten Antriebseinheit den Rotor der Elektromaschine bei geöffneter zweiter und dritter Kupplung durch aktives Schließen der ersten Kupplung mit der Abtriebswelle zu kuppeln, die vorzugsweise parallel zur ersten und zweiten Antriebswelle ausgerichtet ist und durch das feste Getriebe in ständiger Kraftübertragung und in einem festen Drehzahlverhältnis zur ersten Antriebswelle steht, so dass beim Schließen der ersten Kupplung die erste Antriebswelle über die von der Elektromaschine angetriebene Abtriebswelle in Drehung versetzt wird, um die erste Antriebseinheit zu starten.
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Wenn die erste Antriebseinheit allein betrieben wird, kann die Elektromaschine vorteilhaft wahlweise bei geschlossener erster Kupplung im Generatorbetrieb zur Rückgewinnung von Antriebsenergie oder im Motorbetrieb zum Boosten der ersten Antriebseinheit eingesetzt werden oder kann alternativ durch Öffnen der ersten Kupplung von der Abtriebswelle abgekuppelt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht von Teilen eines erfindungsgemäßen Bi-Motor-Antriebs eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten und einer zweiten Brennkraftmaschine, einer elektrischen Maschine als Starter-Generator, einer Kupplungsanordnung zum Kuppeln der ersten bzw. der ersten und zweiten Brennkraftmaschine mit einer zu einem Wechselgetriebe führenden Abtriebswelle, sowie von Teilen eines Antriebsstrangs hinter dem Wechselgetriebe;
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2 eine Schnittansicht des Ausschnitts A aus 1 ohne die Teile des Antriebsstrangs hinter dem Wechselgetriebe beim Starten der ersten Brennkraftmaschine;
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3 eine Ansicht entsprechend 2, jedoch im Mono-Motor-Betrieb der ersten Brennkraftmaschine;
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4 eine Ansicht entsprechend 2, jedoch beim Starten der zweiten Brennkraftmaschine während des Anschleppens;
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5 eine Ansicht entsprechend 2, jedoch beim Starten der zweiten Brennkraftmaschine während des Synchronisierens mit der ersten Brennkraftmaschine;
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6 eine Ansicht entsprechend 2, jedoch beim Starten der zweiten Brennkraftmaschine während des Koppelns der beiden Brennkraftmaschinen;
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7 eine Ansicht entsprechend 2, jedoch im Bi-Motor-Betrieb der ersten und der zweiten Brennkraftmaschine.
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Der in der Zeichnung dargestellte Antrieb 1 eines Kraftfahrzeugs umfasst zwei Brennkraftmaschinen, nämlich eine als Reihenmotor ausgebildete erste oder primäre Brennkraftmaschine 2 und eine ebenfalls als Reihenmotor ausgebildete zweite oder sekundäre Brennkraftmaschine 3, die nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die beiden Brennkraftmaschinen 2, 3 besitzen getrennte Kurbeltriebe 4, 5, deren Kurbelwellen 6, 7 parallel zueinander ausgerichtet und jeweils mit einem Zwei-Massen-Schwungrad 8, 9 versehen sind, und weisen darüber hinaus auch getrennte Ventiltriebe (nicht dargestellt) auf. Der Antrieb 1 umfasst weiter eine als Starter und Generator dienende Elektromaschine 10.
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Die Kurbelwelle 6 der ersten Brennkraftmaschine 2 ist über ein festes Stirnradgetriebe 11 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 mit einer Abtriebswelle 12 verbunden, die durch die Elektromaschine 10 hindurch zu einer Kupplung 13 und einem Wechselgetriebe 14 in einem Antriebsstrang 15 des Kraftfahrzeugs führt. Der Antriebsstrang 15 umfasst hinter dem Wechselgetriebe 14 ein von einer Ausgangswelle 16 des Wechselgetriebes 14 angetriebenes Zwischendifferenzial 17, von dem aus die Antriebsleistung des Antriebs 1 über Kardanwellen 18 (nur eine dargestellt) auf die Vorder- und Hinterachse (nicht dargestellt) verteilt wird.
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Die Kurbelwelle 7 der zweiten Brennkraftmaschine 3 ist über ein festes Stirnradgetriebe 19 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 mit einer Zwischenwelle 20 verbunden, die als Hohlwelle ausgebildet ist und die Abtriebswelle 12 zwischen dem Stirnradgetriebe 19 und der Elektromaschine 10 umgibt.
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Wie am besten in den 2 bis 7 dargestellt, umfasst die Elektromaschine 10 ein Gehäuse 21, einen gehäusefesten Stator 22, sowie einen Rotor 23 auf einem in einem Drehlager 24 drehbar auf der Abtriebswelle 12 gelagerten Rotorträger 25. In die Elektromaschine 10 ist eine erste Kupplung 26 in Form einer Lamellenkupplung, eine zweite Kupplung 27 in Form einer Reibkupplung und eine dritte Kupplung 28 in Form einer Synchron- oder Formschlusskupplung integriert.
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Die erste Kupplung 26 umfasst eine Mehrzahl von Kupplungslamellen 29 auf einem drehfest mit der Abtriebswelle 12 verbundenen Lamellenträger 30, sowie eine Mehrzahl von Kupplungslamellen 31, die drehfest mit dem Rotorträger 25 verbunden und zwischen den Kupplungslamellen 29 angeordnet sind. Die Kupplungslamellen 29 und 31 werden in inaktivem Zustand der Kupplung 26 durch die Kraft einer Feder 32 gegeneinander angepresst, um die Kupplung 26 zu schließen und den Rotor 23 drehfest mit der Abtriebswelle 12 zu verbinden. Die Kupplungslamellen 29 und 31 können durch Aktivierung eines elektrischen oder ölhydraulischen Stellorgans 33 der Kupplung 26 mittels einer Steuerung, zum Beispiel einem Motorsteuergerät des Antriebs 1, entweder ganz auseinander bewegt werden, um den Rotor 23 vollständig von der Abtriebswelle 12 abzukuppeln, oder nur so weit, dass die Kupplung 26 ”schleift” und zwischen den beiden Kupplungslamellen 29, 31 ein Schlupf vorhanden ist.
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Die zweite und die dritte Kupplung 27 und 28 sind an der vom Wechselgetriebe 14 abgewandten Stirnseite der Elektromaschine 10 angeordnet. Die als Reibkupplung ausgebildete, in inaktivem Zustand offene Kupplung 27 umfasst eine durch Schrauben 34 drehfest mit dem Rotorträger 25 verbundene Kupplungsscheibe 35 und eine entgegen der Kraft einer Feder (nicht dargestellt) gegen die Kupplungsscheibe 35 anpressbare Druckplatte 36, die in axialer Richtung verschiebbar ist und auf ihrer der Kupplungsscheibe 35 zugewandten Seite einen Reibbelag 38 aufweist. Bei Aktivierung eines elektrischen oder ölhydraulischen Stellorgans 37 der Kupplung 27 mittels der Steuerung kann die Druckplatte 36 mit Hilfe einer Betätigungsgabel 39 gegen die Kupplungsscheibe 35 angepresst werden, um die Kupplung 27 zu schließen.
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Die als Formschluss- oder Synchronkupplung ausgebildete, in inaktivem Zustand offene Kupplung 28 umfasst ein napfförmiges Betätigungselement 40, das bei Aktivierung eines elektrischen oder ölhydraulischen Stellorgans 41 der Kupplung 27 mittels der Steuerung entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 42 in Richtung der Elektromaschine 10 bewegt werden kann. Das Betätigungselement 40 wirkt auf eine Mehrzahl von zylindrischen Mitnehmerzapfen 43 ein, die in axialen Durchgangsbohrungen einer fest mit der Zwischenwelle 20 verschraubten Führungsscheibe 44 verschiebbar sind und beim Schließen der Kupplung 28 vom Stellorgan 41 in Richtung des Lamellenträgers 32 bewegt werden. Die Durchgangsbohrungen sind in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse der Abtriebswelle 12 und in gleichen Winkelabständen in der Führungsscheibe 44 ausgespart. Der drehfest mit der Abtriebswelle 12 verbundene Lamellenträger 32 weist auf seiner der Führungsscheibe 44 zugewandten Breitseitenfläche drei in Umfangsrichtung des Lamellenträgers 32 über einen gewissen Umfangswinkel verlaufende Einspurnuten (nicht sichtbar) auf, die jeweils in eine Aufnahmebohrung (nicht sichtbar) im Lamellenträger 32 münden. Jede der Aufnahmebohrungen dient zur Aufnahme von einem der Mitnehmerzapfen 43, die beim Schließen der Kupplung durch die Einspurnuten in die zugehörige Aufnahmebohrung eingespurt werden und formschlüssig in die Aufnahmebohrungen eintreten, wenn die Zwischenwelle 20 und die Abtriebswelle 12 eine gewünschte definierte Phasenlage oder Phasenbeziehung aufweisen.
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Die beiden Kupplungen 27 und 28 dienen dazu, nach dem Start der zweiten Brennkraftmaschine 3 und der Beschleunigung der Zwischenwelle 20 zuerst die Druckplatte 36 reibschlüssig gegen die Kupplungsscheibe 35 anzupressen und dann bei Erreichen der gewünschten definierten Phasenlage oder Phasenbeziehung eine formschlüssige Verbindung zwischen der Zwischenwelle 20 und der Abtriebswelle herzustellen.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des Antriebs 1 in verschiedenen Betriebszuständen anhand der 2 bis 7 näher erläutert. Dabei wird der Betätigungszustand der Kupplungen 26, 27 und 28 jeweils durch eine Raute angezeigt, die bei inaktiver Kupplung weiß und bei aktiver Kupplung schraffiert ist.
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Wenn im Stillstand der beiden Brennkraftmaschinen 2, 3 die erste oder primäre Brennkraftmaschine 2 gestartet werden soll, wird der Elektromaschine 10 Strom zugeführt, um sie im Motorbetrieb als Starter zum Andrehen der ersten Brennkraftmaschine 2 zu nutzen. Durch die Stromzufuhr zur Elektromaschine 10 wird der Rotor 23 und damit auch die durch die inaktive und geschlossene erste Kupplung 26 drehfest mit dem Rotor 23 gekuppelte Abtriebswelle 12 sowie die durch das Stirnradgetriebe 11 mit der Abtriebswelle 12 verbundene Kurbelwelle 6 der ersten Brennkraftmaschine 2 beschleunigt, wie durch den Pfeil I in 2 dargestellt. Die zweite und die dritte Kupplung 27 und 28 sind inaktiv und offen.
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Wenn der Antrieb 1 nach dem Start der ersten Brennkraftmaschine 2 im Mono-Motor-Betrieb und die Elektromaschine 10 im Generatorbetrieb arbeiten soll, bleibt die erste Kupplung 26 geschlossen, während die zweite und die dritte Kupplung 27, 28 offen bleiben. Die von der ersten Brennkraftmaschine 2 abgegebene Antriebsleistung kann dann je nach Bedarf ganz oder teilweise durch die Abtriebswelle 12 und das Wechselgetriebe 14 an den Antriebsstrang 15 des Kraftfahrzeugs abgegeben werden, wie durch den Pfeil II in 3 dargestellt, oder von der Elektromaschine 10 in Form von elektrischem Strom zurück gewonnen werden, wie durch den Pfeil III in 3 dargestellt. Wenn der Antrieb 1 im Mono-Motor-Betrieb arbeiten und zum Boosten durch die im Motorbetrieb arbeitende Elektromaschine 10 unterstützt werden soll, bleiben ebenfalls die erste Kupplung 26 geschlossen und die zweite und die dritte Kupplung 10 offen. Jedoch wird dann der Elektromaschine 10 Strom zugeführt.
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Wenn vom Antrieb 1 eine noch größere Antriebsleistung gefordert wird, wird auch die zweite oder sekundäre Brennkraftmaschine 3 gestartet. Zu diesem Zweck wird zuerst die erste Kupplung 26 aktiv geöffnet, um den Rotor 23 von der Abtriebswelle 12 abzukuppeln. Dann wird die zweite Kupplung 27 aktiv geschlossen, um den Rotor 23 durch Anpressen der Druckplatte 36 gegen die Kupplungsscheibe 35 reibschlüssig mit der Zwischenwelle 20 zu kuppeln. Gleichzeitig wird der Elektromaschine 10 Strom zugeführt, um die durch die geschlossene zweite Kupplung 27 mit dem Rotor 23 gekuppelte Zwischenwelle 20 sowie die durch das Stirnradgetriebe 19 mit der Zwischenwelle 20 verbundene Kurbelwelle 7 der zweiten Brennkraftmaschine 3 zu beschleunigen, wie durch den Pfeil IV in 4 dargestellt. Das Andrehen der zweiten Brennkraftmaschine 3 wird durch das Trägheitsmoment des Rotors 23 unterstützt, der gegebenenfalls vor dem Schließen der zweiten Kupplung 27 noch etwas beschleunigt werden kann. Durch die Überlagerung des Trägheitsmoments des Rotors 23 mit dem Motordrehmoment der Elektromaschine 10 kann ein sehr hohes Starterdrehmoment erzeugt werden, so dass die zweite Brennkraftmaschine 3 sehr schnell gestartet werden kann.
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Nach dem Öffnen der ersten Kupplung 26 ist der Rotor 23 von der Abtriebswelle 12 abgekuppelt, so dass das Starten der zweiten Brennkraftmaschine 3 keine Auswirkungen auf den Antriebsstrang 15 hat und ruckfrei und ohne jegliche Verzögerung des Kraftfahrzeugs erfolgt. Während des Starts der zweiten Brennkraftmaschine 3 wird die Antriebsleistung der ersten Brennkraftmaschine 2 durch die Abtriebswelle 12 vollständig dem Antriebsstrang 15 zugeführt, wie durch den Pfeil V in 4 dargestellt.
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Nach dem Andrehen der zweiten Brennkraftmaschine 3 wird diese vom Motorsteuergerät und ggf. unterstützt durch die Elektromaschine 10 auf eine Drehzahl gebracht, die etwas höher als die Drehzahl der ersten Brennkraftmaschine 2 ist. Anschließend wird die erste Kupplung 26 bei geschlossener zweiter Kupplung 27 aktiv bis zum Schleifen geschlossen, so dass der Rotor 23 abgebremst und dadurch die Drehzahl der zweiten Brennkraftmaschine 3 wieder etwas reduziert wird, bis sie nahezu der Drehzahl der ersten Brennkraftmaschine 2 entspricht. Dabei kann der Schlupf zwischen den Kupplungslamellen 29, 31 der ersten Kupplung 26 durch eine entsprechende Steuerung der Elektromaschine 10 je nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden. Während dieses Vorgangs gibt die zweite Brennkraftmaschine 3 ihre Antriebsleistung über die geschlossene Kupplung 27 und die schleifende Kupplung 26 bereits zum Teil an die von der ersten Brennkraftmaschine 2 angetriebene Abtriebswelle 12 ab, wie durch die Pfeile VI und VII in 5 dargestellt.
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Wenn auf diese Weise die Drehzahlen der beiden Brennkraftmaschinen 2, 3 nahezu miteinander synchronisiert worden sind, wird die dritte Kupplung 28 aktiviert, um die Mitnehmerzapfen 43 entgegen der Kraft der Feder 44 in den Durchgangsbohrungen der Führungsscheibe 44 in Richtung des Lamellenträgers 32 zu verschieben und in die zugehörigen Aufnahmebohrungen im Lamellenträger 32 einzuspuren und auf diese Weise die Zwischenwelle 20 und die Abtriebswelle 12 in der gewünschten definierten Phasenlage oder Phasenbeziehung der Kurbelwellen 6, 7 der beiden Brennkraftmaschinen 2, 3 formschlüssig miteinander zu kuppeln. Nach dem Schließen der Kupplung 28 wird die gesamte Antriebsleistung der zweiten Brennkraftmaschine 3 wegen des Formschlusses und des festen Getriebes 19 nahezu verlustfrei an die Abtriebswelle 12 abgegeben, wie durch den Pfeil VII in 6 dargestellt. Die erste Brennkraftmaschine 2 gibt ihre Antriebsleistung wegen des festen Getriebes 11 ebenfalls nahezu verlustfrei an die Abtriebswelle 12 ab, wie durch den Pfeil VIII in 6 dargestellt. Beim aktiven Schließen der dritten Kupplung 28 wird die zweite Kupplung 27 deaktiviert, wodurch die Druckplatte 36 durch Federkraft von der Kupplungsscheibe 35 weg bewegt wird.
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Die erste Kupplung 26 wird ebenfalls deaktiviert und damit wieder vollständig geschlossen, um den Rotor 23 drehfest mit der Abtriebswelle 12 zu kuppeln. Dadurch kann die Elektromaschine 10 auch im Bi-Motor-Betrieb der beiden Brennkraftmaschinen 2, 3 im Generatorbetrieb arbeiten. Die von den beiden Brennkraftmaschinen 2, 3 abgegebene Antriebsleistung kann dann nach Bedarf durch die Abtriebswelle 12 und das Wechselgetriebe 14 an den Antriebsstrang 15 des Kraftfahrzeugs abgegeben werden, wie durch die Pfeile IX in 7 dargestellt, oder teilweise von der Elektromaschine 10 in Form von elektrischem Strom zurück gewonnen werden, wie durch den Pfeil X in 7 dargestellt.
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Auf diese Weise gestattet es der Antrieb 1 mit einer einzigen Elektromaschine 10 beide Brennkraftmaschinen 2, 3 zu starten. Die Elektromaschine 10 kann sowohl im Mono-Motor-Betrieb und im Bi-Motor-Betrieb als Generator zur Stromerzeugung oder als Booster genutzt werden.