DE102014214679B3

DE102014214679B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Trennung einer Dämpfungseinrichtung vom Kurbeltrieb

Info

Publication number: DE102014214679B3
Application number: DE102014214679.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hinderer; Christian Poruba; Michael Smalla
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2034-07-26

Abstract

Verbrennungskraftmaschine (VKM), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abtriebswelle (VKM.1), einer Dämpfereinrichtung (ZMS), einem Anlasser (AN), einer ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.1), wobei der Anlasser (AN) und die Dämpfereinrichtung (ZMS) zwischen der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.1) und der Verbrennungskraftmaschine (VKM) angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfereirichtung (ZMS), wenigstens teilweise, mit einer zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) mit der Abtriebswelle (VKM.1) verbindbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Eine derartige Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zu deren Betrieb sind aus der DE 10 2008 023 834 A1 bekannt. Die DE 100 036 504 A1 zeigt eine Dämpfereinrichtung, welche durch Öffnen einer Kupplung von einer Abtriebswelle abkoppelbar ist.
Ein Entwicklungsziel im Kraftfahrzeugbau ist die Reduktion des CO₂-Ausstoßes, dabei wird nicht nur die Optimierung des Verbrennungsprozesses im Sinne einer Effizienzsteigerung in Betracht gezogen, auch Start-Stopp-Vorgänge sind von Interesse. Mit Einsatz von Start-Stopp-Strategien kann die Leerlaufzeit der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise während eines Ampelhalts, reduziert werden. Während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, fallen zwar unmittelbar keine Abgase und damit kein CO₂ an, verläuft jedoch der Stopp- oder der Startvorgang ungünstig, können während dieser mehr schädliche Abgase entstehen, als durch das Anhalten der Verbrennungskraftmaschine vermieden wurden.
Bei einem Gegenstand gemäß der DE 10 2008 023 834 A1 wird ein Elektromotor/Anlasser ebenso wahlweise mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekuppelt wie weitere Nebenaggregate (Hydraulikpumpe, Wasserpumpe, Klimakompressor usw.). Damit ist einerseits ein direkter Betrieb der Nebenaggregate durch den Elektromotor/Anlasser ohne Verbrennungskraftmaschine und anderseits ein Starten der Verbrennungskraftmaschine durch den Elektromotor/Anlasser ohne die Nebenaggregate ermöglicht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine effiziente Verbrennungskraftmaschine mit verringertem Schadstoffausstoß zur Verfügung zu stellen, sowie ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben.
Diese Aufgabe wird den Gegenstand gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Verbrennungskraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung zu verstehen. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise ausgeführt. Weiter weist eine Verbrennungskraftmaschine eine Abtriebswelle auf.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Abtriebswelle ein mechanisches Bauteil zu verstehen, welches dazu eingerichtet ist, die von der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellte mechanische Leistung (Drehmoment, Drehzahl) zu leiten und abzugeben. Insbesondere ist unter einer Abtriebswelle die Kurbelwelle bzw. der Kurbeltrieb der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen. Regelmäßig weist die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine eine Dämpfereinrichtung auf.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Dämpfereinrichtung eine Einrichtung zum Verringern von Drehmomentungleichförmigkeiten an der Abtriebswelle beim Abgeben der mechanischen Leistung zu verstehen. Derartige Drehmomentungleichförmigkeiten können durch Massenkräfte oder durch Ladungswechselvorgänge der Verbrennungskraftmaschine oder aus einer Kombination aus diesen verursacht werden.
Dabei ist unter einer Dämpfereinrichtung vorzugsweise ein schwingungsfähiges Mehrkörpersystem, besonders bevorzugt ein sogenanntes Zweimassenschwungrad, zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist unter einer Dämpfereinrichtung eine Einrichtung zum Tilgen von Schwingungen zu verstehen, insbesondere also eine Einrichtung zum Aufbringen einer Schwingung auf die Abtriebswelle, vorzugsweise einer zu den Drehmomentungleichförmigkeiten gegenphasigen Schwingung. Vorzugsweise ist unter einem Zweimassenschwungrad eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens eine primäre und eine sekundäre Rotationsträgheitsmasse aufweist, wobei die Rotationsträgheitsmassen wenigstens mit einer Federeinrichtung verbindbar und bevorzugt koaxial zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Primärmasse mit der Abtriebswelle verbindbar, vorzugsweise mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung, und die Sekundärmasse ist mit einer Getriebeeingangswelle oder einer Drehmomentübertragungseinrichtung, vorzugsweise einer Anfahrkupplung, verbindbar.
Weiter vorzugsweise ist unter einer Dämpfereinrichtung ein Einmassenschwungrad zu verstehen. Bevorzugt ist unter einer Dämpfereinrichtung ein elektromechanischer Energiewandler zu verstehen, welcher dazu eingerichtet ist, die Drehungleichförmigkeiten der Abtriebswelle durch das Aufbringen und/oder Aufnehmen eines zusätzlichen Drehmoments zu verringern. Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine ist die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine durch einen Anlasser beschleunigbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Anlasser eine Einrichtung zu verstehen, welche dazu eingerichtet ist, eine mechanische Leistung auf die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine aufzubringen und diese damit zu beschleunigen. Vorzugsweise ist unter einem Anlasser ein Energiewandler zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist unter einem Anlasser ein elektromechanischer Energiewandler, insbesondere ein Elektromotor/-generator zu verstehen. Vorzugsweise ist unter dem Anlasser ein sogenannter Starter/Generator zu verstehen. Der Anlasser ist zwischen der Dämpfereinrichtung und einer ersten Drehmomentübertragungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine angeordnet.
Unter einer ersten Drehmomentübertragungseinrichtung ist im Sinne der Erfindung eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, welche dazu eingerichtet ist, eine drehmomentleitende Verbindung der Abtriebswelle selektiv zu unterbrechen. Dazu weisen Drehmomentübertragungseinrichtungen allgemein eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite auf.
Vorzugsweise sind die Eingangsseite und die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung durch einen internen oder externen Steuerbefehl miteinander verbindbar. Dabei ist unter einem internen Steuerbefehl insbesondere eine Drehzahl- oder Drehmomentdifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite zu verstehen. Unter einem externen Steuerbefehl ist insbesondere ein freivorgebbares Signal, vorzugsweise eine Betätigung des Kupplungspedals, zu verstehen. Vorzugsweise ist die erste Drehmomentübertragungseinrichtung als Anfahrkupplung, weiter vorzugsweise als Drehmomentwandler, zu verstehen. Dabei sind zwischen dieser ersten Drehmomentübertragungseinrichtung und der Verbrennungskraftmaschine der Anlasser und die Dämpfereinrichtung angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist „zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung” in Bezug auf den mechanischen Leistungsfluss der Verbrennungskraftmaschine so zu verstehen, dass die Dämpfereinrichtung und der Anlasser auf die Abtriebswelle zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung einwirken. Insbesondere ist wenigstens ein Teil der Dämpfereinrichtung dauerhaft mit der Abtriebswelle verbunden.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung eine Einrichtung zum selektiven Übertragen von Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen. Vorzugsweise ist mit dieser zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung der Drehmomentenfluss von der Abtriebswelle zur Dämpfereinrichtung unterbrechbar. Weiter vorzugsweise ist der Drehmomentenfluss von dieser Eingangsseite auf diese Ausgangsseite oder umgekehrt durch einen internen oder externen Steuerbefehl beeinflussbar.
Insbesondere dadurch, dass die Dämpfereinrichtung mittels der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung mit der Abtriebswelle verbindbar ist, ist es ermöglicht, den Drehmomentenfluss von der Abtriebswelle zur Dämpfereinrichtung selektiv zu unterbrechen und dadurch die Rotationsträgheit der Verbrennungskraftmaschine zu verringern. Während des Starts der Verbrennungskraftmaschine muss die Abtriebswelle durch den Anlasser auf eine vorbestimmte Drehzahl (Startdrehzahl) beschleunigt werden. Insbesondere eine vergrößerte Rotationsträgheitsmasse führt dabei zu einer Verlängerung der Beschleunigungszeit, bzw. die zum Beschleunigen notwendige Leistung ist, bei gleicher Beschleunigungszeit, größer.
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist die Dämpfereinrichtung, diese stellt im Sinne der Erfindung eine Vergrößerung der Rotationsträgheitsmasse dar, mittels der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung wenigstens teilweise von der Abtriebswelle abkoppelbar. Insbesondere durch die Abkopplung dieser kann die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine einfacher beschleunigt werden, und dadurch ein verkürzter bzw. verbesserter Startvorgang erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung aus einer bestimmten Gruppe von Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgewählt und diese Gruppe umfasst dabei wenigstens folgende Einrichtungen:

– Fliehkraftkupplung,
– Lamellenkupplung,
– Trommelkupplung,
– Synchronisierung,
– Visko-Kupplung,
– Magnet- oder Wirbelstromkupplung,
– hydrodynamische oder hydrostatische Kupplung.

Im Sinne der Erfindung ist unter einer Fliehkraftkupplung eine Einrichtung zu verstehen, bei welcher bis zu einer bestimmten Drehzahl der Eingangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung kein Drehmoment auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar ist, ab dieser Drehzahl wird ein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragen. Weiter vorzugsweise ist das Drehmomentübertragungsverhalten der Fliehkraftkupplung durch einen externen Steuerbefehl beeinflussbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Lamellenkupplung eine Einrichtung zu verstehen, welche entlang einer Rotationsachse der Kupplung mehrere Reibbeläge aufweist, welche durch einen internen oder externen Steuerbefehl in eine Stellung bringbar sind, in welcher ein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar ist oder kein Drehmoment übertragbar ist.
Unter einer Trommelkupplung ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung, welche wenigstens einer Trommelbremse ähnlich ist, zu verstehen. Vorzugsweise durch interne oder externe Steuerbefehle ist die Trommelkupplung in einen Betriebsmodus bringbar, in welchem von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite ein Drehmoment übertragbar ist oder kein Drehmoment übertragbar ist.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Synchronisierung eine Einrichtung zu verstehen, bei welcher Reibschlusselemente und Formschlusselemente derart miteinander kombiniert sind, dass beim Einrücken der Synchronisierung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite zunächst ein Drehmoment reibschlüssig übertragen wird. Insbesondere durch diesen Reibschluss werden die Drehzahlen der Eingangsseite und der Ausgangsseite aneinander angeglichen. Beim weiteren Schließen der Synchronisierung ist das Drehmoment wenigstens teilweise formschlüssig von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite übertragbar.
Unter einer Visko-Kupplung ist eine Einrichtung zu verstehen, bei welcher, insbesondere durch Anlegen einer Spannung oder Fließen eines Stroms, die viskosen Eigenschaften einer in der Kupplung aufgenommenen Flüssigkeit derart veränderbar sind, dass dadurch das Drehmomentübertragungsverhalten beeinflussbar ist. Insbesondere ist hierdurch ein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar oder nicht übertragbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Magnet- oder Wirbelstromkupplung eine Kupplung zu verstehen, bei welcher durch, insbesondere veränderbare, magnetische Felder oder Wirbelströme ein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar ist.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer hydrodynamischen oder einer hydrostatischen Kupplung eine Einrichtung zu verstehen, bei welcher durch hydrodynamische oder hydrostatische Effekte innerhalb der Drehmomentübertragungseinrichtung ein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar ist.
Insbesondere die zuvor genannten Einrichtungen zur Drehmomentübertragung sind wohlbekannte Maschinenelemente mit hoher Zuverlässigkeit. Durch den Einsatz dieser Elemente ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit erhöhter Betriebssicherheit und damit eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anlasser als ein elektromechanischer Energiewandler ausgeführt. Insbesondere ist der Anlasser als Starter/Generator der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist der Anlasser mit einer Anlassergetriebeeinrichtung mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar.
Unter einer derartigen Anlassergetriebeeinrichtung ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Starter-Kranz und ein, vorzugsweise axial beweglich gelagertes, Anlasserritzel zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist unter einer Anlassergetriebeeinrichtung ein Zugmittelgetriebe, bevorzugt ein Rädergetriebe, und besonders bevorzugt ein Zahnradgetriebe zu verstehen.
Vorzugsweise ist der Anlasser durch die Anlassergetriebeeinrichtung von der Abtriebswelle beabstandet anordenbar. Weiter vorzugsweise sind die Anlasserabtriebswelle und die Abtriebswelle windschief zueinander, vorzugsweise kreuzend und besonders bevorzugt sind diese achsparallel zueinander, angeordnet. Weiter vorzugsweise ist wenigstens ein Zahnrad der Anlassergetriebeeinrichtung als Hohlrad ausgeführt, weiter vorzugsweise ist die Anlassergetriebeeinrichtung als Umlaufgetriebeeinrichtung ausgeführt. Insbesondere durch eine Anlassergetriebeeinrichtung ist eine zusätzliche Anpassung der Leistungscharakteristik des Anlassers an die Lastanforderung der Verbrennungskraftmaschine beim Starten ermöglicht und damit ist eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anlasserabtriebswelle, insbesondere also die Welle, mit welcher der Anlasser seine mechanische Leistung (Drehzahl, Drehmoment) abgibt, koaxial zur Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Anlasserabtriebswelle mittels einer Umlaufgetriebeeinrichtung einerseits koaxial zur Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und andererseits mittels der Umlaufgetriebeeinrichtung, also mittelbar, mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Weiter vorzugsweise fallen die Anlasserabtriebswelle und die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine wenigstens abschnittsweise zusammen und sind damit, insbesondere unmittelbar, miteinander verbunden. Vorzugsweise ist die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine, wenigstens abschnittsweise, gleichzeitig die Anlasserabtriebswelle.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Zusammenfallen der Anlasserabtriebswelle und der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen, dass die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine wenigstens abschnittsweise eine Rotorwelle des elektromechanischen Energiewandlers/Anlassers ist. Insbesondere durch die koaxiale Anordnung des Anlassers und der Verbrennungskraftmaschine ist eine besonders kompakte und platzsparende Bauweise der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht und damit ist eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Nebenaggregat der Verbrennungskraftmaschine mittels einer Getriebeeinrichtung mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar. Weiter ist diese Verbindung, insbesondere mittels einer dritten Drehmomentübertragungseinrichtung, unterbrechbar. Vorzugsweise ist diese Getriebeeinrichtung zur Verbindung des wenigstens einen Nebenaggregats mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine als ein Zugmittelgetriebe, vorzugweise ein Riemengetriebe, besonders bevorzugt als ein Keilriemen-, Rippenriemen- oder Keilrippenriemengetriebe, ausgeführt. Weiter vorzugsweise kann diese Getriebeeinrichtung als ein Kettengetriebe ausgeführt sein.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Nebenaggregat eine Einrichtung zu verstehen, welche durch die mechanische Leistung der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Vorzugsweise ist ein Nebenaggregat als eine Wasserpumpe, eine Lenkpumpe, ein Klimakompressor, ein elektrischer (Starter-)Motor/Generator, insbesondere eine Lichtmaschine, oder eine Einrichtung zum Erzeugen eines pneumatischen Über- oder Unterdrucks, insbesondere eine Vakuumpumpe, zu verstehen. Weiter vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine eine Vielzahl (1 bis n) von Nebenaggregaten auf. Weiter vorzugsweise sind die Nebenaggregate mittels der Nebenaggregategetriebeeinrichtung, besonders bevorzugt einem Zugmittelgetriebe, mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine koppelbar.
Insbesondere durch die beschriebene Ausführungsform mit der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung ist es ermöglicht, die Rotationsträgheitsmasse der Verbrennungskraftmaschine beim Starten weiter zu reduzieren, insbesondere dadurch ist eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung radial, wenigstens teilweise, innerhalb der Dämpfereinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung radial vollständig innerhalb der Dämpfereinrichtung angeordnet. Insbesondere durch eine radial innerhalb der Dämpfereinrichtung angeordnete zweite Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein besonders platzsparender Aufbau der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung wenigstens abschnittsweise in axialer Erstreckungsrichtung innerhalb der Dämpfereinrichtung angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist unter der axialen Erstreckungsrichtung die Richtung zu verstehen, in welcher eine Rotationsachse der Abtriebswelle verläuft. Insbesondere durch die Anordnung der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung in axialer Richtung innerhalb der Erstreckung der Dämpfereinrichtung ist ein besonders platzsparender Aufbau der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung Mittel zum Erhöhen des Drehmomentübertragungspotenzials dieser Einrichtung auf. Vorzugsweise sind unter derartigen Mitteln ein Formschluss- und/oder ein Konus-Element zu verstehen.
Insbesondere durch eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung mit erhöhtem Drehmomentübertragungspotenzial ist eine verbesserte Drehmomentübertragung ermöglicht und damit eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine darstellbar.
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine ist durch ein Betriebsverfahren startbar, welches wenigstens folgende Schritte aufweist:

– Erfassen der Stellung der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung,
– Erfassen der Stellung der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung,
– diese zweite Drehmomentübertragungseinrichtung in einer geöffneten Stellung halten oder in diese geöffnete Stellung bringen,
– Erhöhen der Drehzahl der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine durch den Anlasser bis zum Erreichen der vorgebbaren Startdrehzahl,
– Starten der Verbrennungskraftmaschine beim Erreichen oder Überschreiten der Startdrehzahl,
– vorzugsweises Überführen der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung, wobei in der geschlossenen Stellung ein Drehmoment durch diese zweite Drehmomentübertragungseinrichtung auf die Dämpfereinrichtung übertragbar ist.

Durch ein derartiges Verfahren wird einerseits sichergestellt, dass die entsprechenden Drehmomentübertragungseinrichtungen (erste, zweite) in den für den Startvorgang richtigen (kein Drehmoment übertragbar) Betriebsstellungen sind, und dass dann die Verbrennungskraftmaschine mit relativ geringer Massenträgheit beschleunigt und gestartet wird. Insbesondere durch ein derartiges Startverfahren ist ein besonders energieeffizientes Starten der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Startverfahrens wird auch die Stellung der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung erfasst. Vorzugsweise befindet sich diese dritte Drehmomentübertragungseinrichtung in einer geöffneten Stellung oder wird in diese gebracht. Vorzugsweise ist in der geöffneten Stellung der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung kein Drehmoment durch diese übertragbar. Weiter vorzugsweise wird die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung vor, gleichzeitig oder nachdem die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung geschlossen ist, von ihrer geöffneten in einen geschlossenen Zustand (Drehmoment übertragbar) überführt. Insbesondere bei dieser Form des Startverfahrens ist auch das wenigstens eine Nebenaggregat von der Abtriebswelle abgekuppelt und somit ist ein besonders energieeffizientes Starten der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Startverfahrens der Verbrennungskraftmaschine wird die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung zeitgleich oder vor dem Schließen der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung geschlossen. Weiter vorzugsweise wird die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung in Abhängigkeit der Drehzahl der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine geschlossen. Vorzugsweise erfolgt das Schließen der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung dann, wenn wenigstens die 0,3fache Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine erreicht ist, vorzugsweise wenn wenigstens die 0,75fache Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine erreicht ist und bevorzugt wenn die 0,9fache Leerlaufdrehzahl und besonders bevorzugt, wenn wenigstens die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine erreicht ist. Und weiter erfolgt das Schließen der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine kleiner ist als die zweifache Leerlaufdrehzahl dieser, vorzugsweise kleiner ist als die 1,5fache Leerlaufdrehzahl und bevorzugt kleiner ist als die 1,2fache Leerlaufdrehzahl und besonders bevorzugt kleiner ist als die 1,1fache Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine.
Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Starten der Verbrennungskraftmaschine einerseits bereits vor Erreichen der Leerlaufdrehzahl dieser Maschine ermöglicht ist, und dass die Verbrennungskraftmaschine ihre Leerlaufdrehzahl dann einfach und schnell erreichen kann, wenn die Rotationsträgheitsmasse der Abtriebswelle gering ist. Durch das erfindungsgemäße Starten der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere innerhalb des angegebenen Drehzahlfensters in Bezug auf die Leerlaufdrehzahl, ist ein besonders komfortables und effizientes Starten der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist es neben dem Starten insbesondere auch ermöglicht, beim Abstellen der Verbrennungskraftmaschine die zweite und die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung zu öffnen. Insbesondere wird dadurch, bildlich gesprochen, das Startverfahren umgekehrt. Vorzugsweise werden beim Abstellen die zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung geöffnet, zeitgleich oder nach dem die erste Drehmomentübertragungseinrichtung geöffnet ist. Dadurch ist das Abkuppeln der Dämpfereinrichtung und/oder der Nebenaggregate ermöglicht. Insbesondere durch das Abkoppeln der Dämpfungseinrichtung und zusätzlich oder alternativ der Nebenaggregate wird ein beschleunigtes Abstellen der Verbrennungskraftmaschine (Zeitraum bis die Drehzahl der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gleich Null ist) ermöglicht. Dies wird insbesondere erreicht, da die Rotationsträgheitsmasse der Abtriebswelle ohne Dämpfereinrichtung und ohne Nebenaggregate geringer ist als die Rotationsträgheitsmasse der Abtriebswelle mit der Dämpfereinrichtung und den Nebenaggregaten. Durch das schnellere Abstellen der Verbrennungskraftmaschine ist eine Reduktion von Geräuschen und Vibrationen erreichbar, insbesondere dadurch ist eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine darstellbar.
Vorzugsweise bleibt die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung beim Abstellen der Verbrennungskraftmaschine geschlossen und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung wird geöffnet (Abkuppeln der Dämpfereinrichtung). Insbesondere dadurch ist es ermöglicht, dass die Nebenaggregate noch bis zum Stillstand der Verbrennungskraftmaschine durch diese angetrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Rotationsträgheitsmasse, drehfest mit der Abtriebswelle verbindbar, vorzugsweise dauerhaft mit dieser verbindbar. Vorzugsweise ist diese Rotationsträgheitsmasse mittels einer Welle-Nabeverbindung mit der Abtriebswelle verbunden. Vorzugsweise ist dies eine reibschlüssige, bevorzugt eine stoffschlüssige und besonders bevorzugt eine formschlüssige Welle-Nabeverbindung. Weiter vorzugsweise ist wenigstens ein erster Teil der primären Rotationsträgheitsmasse des Zweimassenschwungrades mit der Abtriebswelle dauerhaft verbunden.
Vorzugsweise sind der erste Teil der primären Rotationsträgheitsmasse und ein zweiter Teil der primären Rotationsträgheitsmasse des Zweimassenschwungrades mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung miteinander verbindbar. Vorzugsweise ist der erste Teil der primären Rotationsträgheitsmasse wenigstens 5% dieser primären Rotationsträgheitsmasse, vorzugsweise wenigstens 15% und bevorzugt wenigstens 25% und besonders bevorzugt wenigstens 35% und weiter ist dieser erste Teil höchstens 95%, vorzugsweise höchstens 75%, bevorzugt höchstens 60% und besonders bevorzugt höchstens 50%.
Insbesondere durch das Anordnen eines Teils der Rotationsträgheitsmasse auf der Abtriebswelle, können Drehmomentungleichförmigkeiten dieser verringert werden aber es ist trotzdem eine gute Startbarkeit dieser erreichbar.
Im Folgenden wird die Erfindung in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen erfindungsgemäße Ausgestaltungen in zum Teil schematisierter Darstellung.
Dabei zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einem mittelbar angebundenen Anlasser,
2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einem unmittelbar angebundenen Anlasser,
3 a) einen Längsschnitt des Zweimassenschwungrades zur Anbindung an die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine, b) einen Querschnitt desselben Zweimassenschwungrades,
4 den Ablaufplan zur Steuerung der erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine.
In 1 ist eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine gezeigt. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine VKM eine Abtriebswelle VKM.1 auf. Die Abtriebswelle VKM.1 der Verbrennungskraftmaschine VKM ist mittels der Kupplung K.1 mit dem restlichen Antriebsstrang insbesondere einem Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe (nicht dargestellt) verbindbar. Zur Verringerung der systembedingten Drehmomentungleichförmigkeiten der Abtriebswelle VKM.1 weist diese ein Zweimassenschwungrad ZMS auf. Erfindungsgemäß ist das Zweimassenschwungrad ZMS mit einer zweiten Kupplungseinrichtung K.2 mit der Abtriebswelle VKM.1 verbindbar. Der Anlasser (Starter/Generator) AN ist über eine Anlassergetriebeeinrichtung GAN mit der Abtriebswelle VKM.1 gekoppelt. Beim Startvorgang wird zunächst die Abtriebswelle VKM.1 über den Anlasser AN und die Abtriebswelle des Anlassers AN.1 sowie die Anlassergetriebeeinrichtung GAN beschleunigt und beim Erreichen der Startdrehzahl wird die Zündung und Kraftstoffeinspritzung in den einzelnen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine aktiviert (befeuerter Betrieb).
In der Regel sind zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine einige Nebenaggregate notwendig. Exemplarisch sind hier zwei Nebenaggregate N.1 und N.2 dargestellt. Die Nebenaggregate N.1 und N.2 sind über einen Riementrieb GN und eine dritte Kupplung K.3 mit der Abtriebswelle VKM.1 verbindbar. Durch die Kupplungen K.2 und K.3 können die zum Starten nicht zwingend benötigten Einrichtungen (ZMS, N.1 bis N.n) von der Abtriebswelle VKM.1 der Verbrennungskraftmaschine VKM getrennt werden. Durch diese Trennung ist ein besonders schnelles Starten der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
In 2 ist weitgehend die gleiche erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine dargestellt, nachfolgend wird daher weitgehend auf die Unterschiede zwischen der in 1 und 2 dargestellten Verbrennungskraftmaschinen eingegangen. Bei dem in 2 dargestellten Anlasser AN fällt die Anlasserabtriebswelle AN.1 mit der Abtriebswelle VKM.1 der Verbrennungskraftmaschine VKM abschnittsweise zusammen. Eine derartige Variante ist besonders günstig bei Hybridantriebssträngen, bei welchen der Anlasser AN zugleich als separater Antriebsmotor oder wenigstens als sog. Boost-Antrieb einsetzbar ist. Die Getriebeeinrichtung GN zum Antreiben der Nebenaggregate N.1, N.2 ist als Zugmittelgetriebe, also als Keilrippenriemengetriebe ausgeführt.
In 3 ist, zum Teil schematisiert, die Anbindung des Zweimassenschwungrades ZMS mittels einer Fliehkraftkupplung in zwei Ansichten (a), b)) dargestellt. Dabei zeigt 3a einen Längsschnitt und 3b eine Vorderansicht.
Die Fliehkraftkupplung weist wenigstens einen ersten und einen zweiten Fliehkraftkörper B.1, B.2 auf. Dabei ist der erste Fliehkraftkörper B.1 um den Drehpunkt DP.1 drehbar gelagert. Der zweite Fliehkraftkörper B.2 ist entsprechend um den zweiten Drehpunkt DP.2 drehbar gelagert. Die Fliehkraftkörper B.1, B.2 werden jeweils durch Federn F.1 und F.2 nach radial innen gezogen. Bei steigender Drehzahl der Abtriebswelle VKM.1 werden die Fliehkraftkörper B.1 und B.2 um die Drehpunkte DP.1 und DP.2 nach außen gedrückt und stellen eine drehmomentleitende Verbindung zwischen der Abtriebswelle VKM.1 und dem Zweimassenschwungrad ZMS her. Das Zweimassenschwungrad ZMS weist einerseits eine Primärmasse ZMS.1 und andererseits eine Sekundärmasse ZMS.2 auf. Dabei ist die Primärmasse ZMS.1 durch die Fliehkraftkupplung in einen ersten Teil ZMS.1a und einen zweiten Teil ZMS.1b unterteilbar. Der erste Teil ZMS.1a ist dauerhaft mit der Abtriebswelle VKM.1 verbunden und der zweite Teil ZMS.1b ist mittels der Fliehkraftkupplung selektiv ankuppelbar. Diese beiden Massen (ZMS.1, ZMS.2) sind durch Federn ZMS.F miteinander verbunden und bilden derart ein schwingungsfähiges Mehrkörpersystem aus. Mittels der (Anfahr-)Kupplung K.1 kann dann eine drehmomentleitende Verbindung von der Abtriebswelle VKM.1 zu einer Getriebeeinrichtung (nicht dargestellt) hergestellt werden.
4 zeigt einen Ablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine VKM. Zunächst wird dabei die Stellung der Kupplungen K.1 bis K.3 erfasst und ausgewertet. Wenn vorzugsweise alle drei Kupplungen K.1 bis K.3, wenigstens aber K.1 und eine der beiden Kupplungen K.2, K.3, geöffnet sind, wird der Anlasser AN angetrieben, d. h. die Drehzahl der Abtriebswelle VKM.1 wird durch den Anlasser AN erhöht.
Ist die Startdrehzahl, dies ist eine frei vorgebbare Drehzahl, erreicht oder überschritten, wird der befeuerte Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, durch Zündung in den Brennräumen, gestartet. Dabei erhöht sich die Drehzahl der Abtriebswelle VKM.1 weiter, bis die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine erreicht ist. Beim Erreichen der Leerlaufdrehzahl werden die Kupplungen K.2 und K.3 geschlossen. Mit Schließen der Kupplungen K.2 und K.3 sind sowohl die Nebenaggregate N.1 bis N.n, als auch die Dämpfungseinrichtung (ZMS) an die Abtriebswelle VKM.1 angekuppelt und der normale Fahrbetrieb kann gestartet werden.

Claims

Verbrennungskraftmaschine (VKM) für ein Kraftfahrzeug mit einer Abtriebswelle (VKM.1), einer Dämpfereinrichtung (ZMS), einem Anlasser (AN), einer ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.1), wobei der Anlasser (AN) und die Dämpfereinrichtung (ZMS) zwischen der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.1) und der Verbrennungskraftmaschine (VKM) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfereirichtung (ZMS), wenigstens teilweise, mit einer zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) mit der Abtriebswelle (VKM.1) derart verbindbar ist, dass diese Dämpfereinrichtung (ZMS) während des Startvorgangs von der Abtriebswelle (VKM.1) abkoppelbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) aus einer Gruppe von Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgewählt ist, welche wenigstens folgende Einrichtungen umfasst: – Fliehkraftkupplung, – Lamellenkupplung, – Trommelkupplung, – Synchronisierung, – Viskokupplung, – Magnetkupplung, – hydrodynamische oder hydrostatische Kupplung.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser (AN) ein elektromechanischer Energiewandler ist und, dass eine Anlasserabtriebswelle (AN.1) mittelbar mittels einer Anlassergetriebeeinrichtung (GAN) mit der Abtriebswelle (VKM.1) der Verbrennungskraftmaschine (VKM) verbindbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlasserabtriebswelle (AN.1) koaxial zur Abtriebswelle (VKM.1) angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenaggregat (N.1–N.n) mit einer Getriebeeinrichtung (GN) und einer dritten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.3) selektiv mit der Abtriebswelle (VKM.1) der Verbrennungskraftmaschine (VKM) verbindbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) radial, wenigstens teilweise, innerhalb der Dämpfereinrichtung (ZMS) angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) wenigstens abschnittsweise in axialer Erstreckungsrichtung innerhalb der Dämpfereinrichtung (ZMS) angeordnet ist.
Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stellung der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.1) erfasst wird, die Stellung der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) erfasst wird und diese in einer geöffneten Stellung gehalten oder in diese gebracht wird, wobei die Abtriebswelle (VKM.1) der Verbrennungskraftmaschine (VKM) durch den Anlasser (AN) bis zu einer Startdrehzahl beschleunigt und die Verbrennungskraftmaschine (VKM) beim Erreichen oder Überschreiten der Startdrehzahl gestartet wird.
Verfahren Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (K.3) gleichzeitig oder nach dem die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) geschlossen ist von einem geöffneten in einen geschlossenen Zustand überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (K.2) zeitgleich oder vor der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (K.1) geschlossen wird und in Abhängigkeit der Drehzahl der Abtriebswelle (VKM.1) erfolgt, dass dieses Schließen erfolgt, wenn die Abtriebswelle (VKM.1) wenigstens die 0,3 fache Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (VKM) erreicht hat, vorzugsweise wenigstens die 0,75 fache Leerlaufdrehzahl, bevorzugt 0,9 fache Leerlaufdrehzahl und besonders bevorzugt wenigstens die Leerlaufdrehzahl erreicht hat und weiter wenn die Drehzahl der Abtriebswelle (VKM.1) kleiner ist als die 2 fache Leerlaufdrehzahl, vorzugsweise kleiner ist als 1,5 fache Leerlaufdrehzahl und bevorzugt kleiner ist als die 1,2 fache Leerlaufdrehzahl und besonders bevorzugt kleiner ist, als die 1,1 fache Leerlaufdrehzahl.