CN103597243A

CN103597243A - 用于车辆的驱动系统

Info

Publication number: CN103597243A
Application number: CN201280025703.9A
Authority: CN
Inventors: A·奥尔拉蒙德; D·洛伦茨; M·屈纳; T·德格尔
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: US9222408B2; CN103597243B; EP2718585A1; US20140123929A1; DE102011077119A1; WO2012168024A1

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的驱动系统，所述驱动系统包括内燃机（92）和扭转减振组件（10），其中，所述内燃机（92）可在不同有效功率的运行模式之间切换，并且所述扭转减振组件（10）包括一个可被驱动进行旋转的输入区域（12）和一个输出区域（14），其中，在所述输入区域（12）和所述输出区域（14）之间设有第一扭矩传递路径（20）和与第一扭矩传递路径平行的第二扭矩传递路径（22）以及用于对通过所述扭矩传递路径（20、22）传导的扭矩进行叠加的联接组件（24），并且至少在一个扭矩传递路径（20）中设置相位移组件（26）用于产生通过一个扭矩传递路径（20）传导的扭转不均匀性相对于通过另一扭矩传递路径（22）传导的扭转不均匀性的相位移。

Description

用于车辆的驱动系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的驱动系统，包括内燃机和与内燃机的曲轴联接的扭转减振组件。

背景技术

用于驱动车辆的内燃机由于燃烧过程、确切地说由于基本上周期地在内燃机的不同气缸中出现的点火而具有不均匀的、尤其地振荡的扭矩曲线。振动分量与额定扭矩叠加，其中，振动频率与燃烧过程相关，即与根据二冲程方式工作还是四冲程方式工作相关，并且与气缸的数量相关。例如，在四缸四冲程发动机中，在发动机的曲轴每次回转时在两个缸中进行点火，从而曲轴的每次回转发生两次激励。由此，在曲轴的转速方面，二阶是关键的，因为在这种类型的内燃机中，点火频率相应于曲轴转速的两倍。相应地，在三缸四冲程发动机中，1.5阶在振动技术上是有问题的，而在四缸二冲程发动机中，二阶又在发动机的曲轴的转速方面是有问题的。

为了消除这种类型的振动激励，或尽可能抑制其继续传递到传动系随后的系统区域中，应用与在传动系中、尤其在内燃机区域中的振动激励特性相协调的扭转减振组件。

在现代的内燃机中存在这样的可能性：即，提供在内燃机的不同运行模式之间的可切换性。因此，例如可如此使多缸内燃机运行，即，使所有气缸都工作，从而其能够在全负荷状态下输出最大的扭矩。如果不需要该最大扭矩，可过渡到在其中仅仅几个气缸工作的运行模式。在此，在部分负荷状态下还在工作的缸承受较强的负荷，这通常具有的优点是，与在更小的负荷情况下相比内燃机或内燃机的单个的缸能够以更高的效率工作。这有利地影响消耗和有害物质排放。原则上，在不同燃烧过程之间的切换，即，在二冲程运行和四冲程运行之间的切换也是可行的，其中，在此也可在二冲程运行中在具有更高有效功率的不同有效功率的运行模式之间切换，并且在功率需求较小时内燃机可在四冲程运行中工作。

然而，在具有不同有效功率的不同运行模式之间的切换、即尤其是不同气缸的接通或切断或者在不同燃烧过程之间的过渡显著影响内燃机的振动激励特性。例如，如果在以四冲程运行工作的内燃机中使一半气缸不工作，则临界的激励阶次也减半。例如，在四缸四冲程发动机中在切断两个缸时，每一转仅仅进行一次点火，结果是，相对于曲轴的转速，临界的激励阶次不再是二阶，而是一阶。然而，伴随在振动激励特性方面的这种变化，扭转减振组件的减振特性也变化。如果该扭转减振组件与一定的激励谱相协调，则该激励谱、尤其是激励阶次的移动可导致减振能力的减小，其结果为，在内燃机区域中产生的旋转不均匀性、尤其是在扭矩中的振动分量以增强的方式被传导到扭矩流中随后的传动系区域中。

发明内容

本发明的目的为，提供一种用于车辆的驱动系统，在该驱动系统中，实现在内燃机区域中产生的输出扭矩振动分量的更好的扭转减振特性。

根据本发明，该目的通过一种用于车辆的驱动系统实现，该驱动系统包括内燃机和扭转减振组件，其中，内燃机可在不同有效功率的运行模式之间切换，并且扭转减振组件包括一个可被驱动进行旋转的输入区域和一个输出区域，其中，在输入区域和输出区域之间设有第一扭矩传递路径和与第一扭矩传递路径平行的第二扭矩传递路径，此外该驱动系统还包括用于对通过扭矩传递路径传导的扭矩进行叠加的联接组件，其中，至少在一个扭矩传递路径中设置相位移组件用于产生通过一个扭矩传递路径传递的扭转不均匀性相对于通过另一扭矩传递路径引导的扭转不均匀性的相位移。

已表明，在具有扭矩分配、相位移和扭矩叠加的扭转减振组件中，通过改变内燃机的运行模式几乎不损害扭转减振特性。这种类型的扭转减振组件在振动激励的相对宽的谱中发挥了非常好的减振特性，从而与运行模式可与不同功率需求相匹配的内燃机相结合时可以得到尤其有利的驱动系统。

在此应指出的是，在本发明的思想中不同有效功率的运行模式表示在运行模式中的原则上的变化、即利用更多或更少的激活的气缸工作或从四冲程运行过渡到二冲程运行中或者反之，而并不表示需根据驾驶员的功率需求来影响的、引入到燃烧运行中的各单个气缸中的燃料喷射量或被燃烧用空气量。

如以上已经阐述的那样，运行模式可包括所有气缸都运行的第一运行状态和至少一个仅一部分气缸运行的第二运行状态，和/或运行模式可包括二冲程运行和四冲程运行。

为了在扭转减振组件中可以可靠的方式引起相位移，提出，相位移组件包括振动系统，该振动系统具有初级侧和可克服阻尼元件组件的作用相对于初级侧旋转的次级侧。

为了使两个通过扭矩传递路径传导的扭矩分量汇合，联接组件可包括行星齿轮传动组件。该行星齿轮传动组件可包括与第二扭矩传递路径联接的带有多个可旋转地承载在其上的行星齿轮的行星齿轮架，从而在简单的、同时稳定的设计方案中可实现可靠地汇合扭矩分量。

为此，还可规定，行星齿轮传动组件包括与第一扭矩传递路径联接的、与行星齿轮啮合的第一齿圈组件或太阳轮组件以及与输出区域联接的、与行星齿轮啮合的第二齿圈组件或太阳轮组件。

附图说明

下面根据附图详细描述本发明。其中：

图1示出了具有扭矩分配、相位移和扭矩叠加的扭转减振组件的部分纵剖视图；

图2以原理图示出了带有内燃机和根据图1的扭转减振组件的驱动系统；

图3示出了一个图表，该图表说明了在内燃机以一种运行模式运行时在图2传动系及图1扭转减振组件的不同区域中出现的扭矩或扭矩振动；

图4示出了在内燃机以另一运行模式运行时的相应于图3的图示。

具体实施方式

图1以部分纵剖视图示出了待定位在车辆传动系中的扭转减振组件10。该扭转减振组件10包括输入区域12，该输入区域12可通过螺纹连接例如与内燃机的曲轴、即一般而言的驱动设备相连接并且由此被驱动进行绕旋转轴线A的旋转。扭转减振组件10的输出区域14构造成带有飞轮16，例如，摩擦离合器的压力板组件与该飞轮16相连接并且飞轮16可为这种类型的摩擦离合器提供摩擦面18。在输入区域12和输出区域14之间设置两个扭矩传递路径20、22，其在输入区域12中分支并且在总地以24表示的联接组件的区域中汇合。

在第一扭矩传递路径20中设置有总体以26表示的相位移组件。该相位移组件26可使在输入区域12中导入扭转减振组件10中的并且也成比例地通过第一扭矩传递路径20传导的扭转振动或一般而言的扭转不均匀性相对于也包含在通过第二扭矩传递路径22传导的扭矩分量中的相应的扭转振动或扭转不均匀性发生相位偏移。这两个具有相对彼此相位偏移的扭转振动分量的扭矩分量在联接组件24的区域中汇合，从而相对彼此相位偏移的振动分量在理想情况下彼此抵消，从而将基本上没有扭转不均匀性或扭转振动的总扭矩传导到输出区域14中。

相位移组件26包括具有第一初级侧30的振动系统28，该初级侧30通常构造成带有两个盖盘元件32、34。在盖盘元件32的区域中，将扭转减振组件10固定地连接到驱动轴或类似部件上。该振动系统28还包括在此基本上通过中央盘元件38提供的第一次级侧36，该中央盘元件38定位在两个盖盘元件30、34之间。构造成带有多个弹簧、优选螺旋压力弹簧的第一阻尼元件组件40在第一初级侧30和第一次级侧36之间作用并且可以在产生复位作用的情况下实现第一初级侧30和第一次级侧36围绕旋转轴线A的相对转动。

在径向内部的区域中，中央盘元件38提供第二初级侧42。第二初级侧42对应有第二次级侧44，该第二次级侧又包括两个盖盘元件46、48。例如也包括多个在周向上分布的弹簧、例如螺旋压力弹簧的第二阻尼元件组件50在第二初级侧42和第二次级侧44之间作用，使得在第二阻尼元件组件50的复位作用下第二初级侧42和第二次级侧44可相对彼此围绕旋转轴线A旋转。

可看出，振动系统28构造成两级的并且包括两个串联地作用的带有两个阻尼元件组件40、50的减振器。在此，第一初级侧30基本上形成整个振动系统28的初级侧，即，在拉伸状态下扭矩被导入其中的那一侧，而第二次级侧44提供整个振动系统28的次级侧，即，通过其输出扭矩的那一侧。

这种振动系统的重要特征是，其在其固有频率或共振频率之下的激励频率范围中低于临界地工作，也就是说，一方面在初级侧30处和另一方面在次级侧44处的系统激励和反应基本上同时、即同相位地在没有彼此的相位移的情况下进行。如果超过共振频率，振动系统28过渡到超临界的状态中，在该状态中激励和反应相当于彼此具有相位移。即，可出现最大180°的相位跃变。其结果是，当在输入区域12处被吸收的扭矩中出现超过共振频率的激励频率且同时该激励频率根据振动解耦的质量在第一扭矩传递路径20中相对于包含在第二扭矩传递路径22的扭矩分量中的振动激励分量经历180°的最大相位移时，在联接组件24中与其没有相位移的振动分量在理想情况下完全抵消地叠加。

联接组件24包括带有行星齿轮架54的行星齿轮传动组件52。该行星齿轮架54与振动系统28的初级侧30一起连接到驱动轴上并且被分配给第二扭矩传递路径22。在行星齿轮架54上以在周向上分布的方式可旋转地承载着多个以56表示的行星齿轮。为此，在行星齿轮架54上设置多个行星齿轮承载栓58，例如图2更清晰地示出该情况。通过例如构造成滚针轴承或其它滚动体轴承的支承结构60，行星齿轮56可围绕其行星齿轮旋转轴线Z旋转，该行星齿轮旋转轴线Z基本上平行于行星齿轮架54的旋转轴线A定向。行星齿轮56以轴向对中的方式保持在两个例如环盘形地构造的支撑元件62、64或者支撑元件64和行星齿轮架54之间。

行星齿轮56具有两个在行星齿轮旋转轴线Z的方向上彼此相继的齿部区域74、76。在所示出的示例中构造成具有较大的相对于行星齿轮旋转轴线Z的径向尺寸的齿部区域74与齿圈78啮合，该齿圈78固定在齿圈架82上并且例如可构造成环形或环段形。该齿圈架82例如又通过螺纹连接与第二次级侧44、即振动系统28的次级侧固定连接并且由此被分配给第一扭矩传递路径20。通过第一扭矩传递路径20传递的并且由振动系统28继续传递的扭矩通过齿圈架82和齿圈78被导入联接组件24、即行星齿轮56的工作齿部74中。通过第二扭矩传递路径22传导的扭矩通过行星齿轮架54和行星齿轮承载栓58被导入联接组件24中。如此汇合的扭矩分量通过工作齿部区域76作为总扭矩被传递到例如环形地或环段形地构造的齿圈84中，其中，齿圈84可通过螺纹连接与飞轮16相连接并且由此被分配给输出区域14。

通过两个扭矩传递路径20、22的两个扭矩分量在构造成带有行星齿轮传动机构52的联接组件24中汇合，当振动激励导致振动系统28过渡到超临界的状态中时，进行叠加，使得振动分量至少部分地抵消并且飞轮16承受基本上变平滑的扭矩。在此，通过选择两个工作齿部区域74、76的直径比例或者还通过设计这两个工作齿部区域74、76的齿部几何结构的设计方案可影响通过两个扭矩传递路径20、22传导的扭矩分量的大小。在所示出的与第一扭矩传递路径20的齿圈78共同作用的齿部区域74具有比与输出区域14的齿圈84共同作用的齿部区域更大的径向尺寸的示例中，实现i＞1的传动比，这意味着，通过两个扭矩传递路径中的每一个向行星齿轮传动机构52的方向传递扭矩分量，其中，分量的比例可通过两个齿部区域74、76的大小比例或者直径比例调整。如果齿部区域76具有比齿部区域74更大的直径，则在第二扭矩传递路径22中进行扭矩折返，而在第一扭矩传递路径20中进行扭矩增强，从而当在联接组件24中汇合时再次实现相应于被导入的扭矩的总扭矩，但其中实现了至少部分消除振动分量。

应指出的是，以上参考图1详细描述的扭矩减振组件10在不同的方面也可构造得不同。因此，行星齿轮传动组件82例如包括代替两个齿圈82、84一方面与次级侧44且另一方面与输出区域14联接的太阳轮。同样显然也可能的是，在第二扭矩传递路径22中也可设置相位移组件，其与在第一扭矩传递路径中设置的相位移组件26相比，在另一转速时过渡到超临界状态中和/或引起另一相位移。此外，与这种类型的相位移组件相关联地，显然也可设置阻尼系统、例如流体地作用的阻尼系统或利用库仑摩擦作用的阻尼系统。显然一种这样的振动系统也可构造单级的，即带有初级侧和次级侧和唯一的在初级侧和次级侧之间作用的旋转减振组件。

在图2中示出了用于车辆的驱动系统90，以上描述的这种类型的扭转减振组件10被集成到该驱动系统90中。该驱动系统90包括作为驱动设备的内燃机92，在所示出的示例中，为带有缸94、96、98、100的四缸内燃机。内燃机92的作为驱动轴作用的曲轴102联接到扭转减振组件10的输入区域12处并且驱动该输入区域12围绕可在图1中看到的旋转轴线A旋转。在所示出的示例中，该扭转减振组件10的输出区域14联接到接在传动机构104之前的起动元件106处。当传动机构104设计成变速器时，起动元件106可为摩擦离合器，即，例如干式的或湿式的摩擦离合器、多片式离合器、双离合器等。如果传动机构104构造成自动变速器，起动元件106可构造成液力变矩器。那么，其壳体可与扭转减振组件10的输出区域14相联接并且通过其被驱动围绕旋转轴线A旋转。

操控设备108被分配给内燃机92，该操控设备108一方面控制或调节内燃机92的运行，另一方面如通过与传动机构104的连接所示出地也获取关于车辆运行状态的信息，例如车辆速度、挂入的档位等，并且基于该信息例如操控内燃机92或者还操控构造成自动变速器的传动机构104。

此外，根据需求的负荷，操控设备108可使内燃机92在不同的运行模式之间切换。在全负荷运行模式中，可使所有四个气缸94、96、98、100运行，即所有四个气缸都工作，而在部分负荷运行模式中，例如气缸94、96不工作并且仅仅还使气缸98、100运行。在全负荷运行模式、即所有气缸94、96、98、100运行和部分负荷运行模式、即仅仅气缸98、100运行之间的过渡作用于包含在输出的扭矩中的振动分量并且由此作用于继续传递到传动系统中的扭矩中。以下将根据图3和4对此进行解释。

图3被分成四个区域并且在此分别在时间上示出在不同的系统区域中存在的扭矩。即，图3中的区域B₁示出了由内燃机在曲轴102的区域中输出的且由此被导入输入区域12中的扭矩D_ges。可看出，100%的额定扭矩与通过在各单个气缸中的点火产生的振动叠加。尤其地，区域B₁示出了曲轴102的旋转，在其进行中在四个气缸94、96、98、100中的两个中出现点火，即，存在两个振动激励。

区域B₂又针对曲轴102的旋转示出了扭矩分量，所述扭矩分量在输入区域12中被分到两个扭矩传递路径20、22上。在此可看出，这两个相位仍相同的扭矩分量D₂₀、D₂₂在其量方面不同。通过第一扭矩传递路径20传递较大的扭矩分量D₂₀，而通过第二扭矩传递路径22传递较小的扭矩分量D₂₂。如以上已经阐述的那样，扭矩分量的分配尤其是通过两个齿部区域74、76的设计方案调整。

图3中的区域B₃示出了传递到两个扭矩传递路径20、22中的扭矩分量D₂₀'（即在第一扭矩传递路径20中在相位移组件26之后的扭矩分量）和D₂₂（即基本上在第二扭矩传递路径22中传递的扭矩）。

可看出，通过相位移组件26的振动系统28，当该振动系统28在超临界的状态中工作时，一方面在理想情况下产生180°的相位移，并且另一方面由于在振动系统28自身中产生的解耦，减振被分割，从而在两个扭矩传递路径20、22中的振幅几乎相同。

区域B₄说明了在联接组件24中汇合之后的扭矩D_ges'，即，在输出区域14中承受或继续传递的扭矩。该扭矩通过两个扭矩分量D₂₀'和D₂₂的叠加实现并且在理想的情况下、即在180°的相位移和基本上相同的振幅下具有变平滑的、近似恒定的走向。

图4示出了在内燃机92的部分负荷运行模式中的四个区域B₁至B₄。通过切断两个气缸94、96，每转仅仅还存在一次点火、即一个振动激励。与这种类型的振动分量叠加的扭矩、即例如由曲轴102输出的整个扭矩D_ges在输入区域12的区域中再次被分成两个分量D₂₀和D₂₂。在相位移组件之后、即在区域B₃中，使在第一扭矩传递路径20中传递的扭矩分量D₂₀'一方面再次进行相位移，另一方面在其振幅方面已经减小，从而在区域B₄中、即在联接组件24之后，再次输出基本上变平滑的、理想地完全没有振动分量的总扭矩D_ges'。

从比较图3和4中可看出，只要该频率在相位移组件26的振动系统28的固有频率或共振频率之上，主要通过扭矩分配、相位移和扭矩叠加引起的减振特性与包含在扭矩中的振动分量的频率无关。这意味着，结合在以上解释的意义上讲运行模式可变化以与功率输出匹配的内燃机92，振动系统28在其固有频率位置方面应设计成，该频率处于在不同的运行状态中预期的最小振动激励频率之下。理想地，在此振动系统28的固有频率在怠速转速附近或之下的范围中。

在不同有效功率的运行模式之间的过渡可以如以上解释的那样通过切断或接通单个气缸实现，这对曲轴每一转出现的振动激励有直接影响。例如，该切断可通过对到待停止的气缸中的燃料喷射进行调整或通过经由可变的阀控制影响控制时间来实现。替代地，也可通过以下方式影响有效功率，即，最优地设计用于部分负荷运行的四冲程发动机并且在更高的负荷需求时切换到二冲程运行中。

Claims

1.一种用于车辆的驱动系统，所述驱动系统包括内燃机（92）和扭转减振组件（10），其中，所述内燃机（92）能够在不同有效功率的运行模式之间切换，并且所述扭转减振组件（10）包括一个能够被驱动进行旋转的输入区域（12）和一个输出区域（14），其中，在所述输入区域（12）和所述输出区域（14）之间设有第一扭矩传递路径（20）和与该第一扭矩传递路径平行的第二扭矩传递路径（22），此外所述驱动系统还包括用于对通过所述扭矩传递路径（20、22）传导的扭矩进行叠加的联接组件（24），其中，至少在一个扭矩传递路径（20）中设置相位移组件（26）用于产生通过一个扭矩传递路径（20）传导的扭转不均匀性相对于通过另一扭矩传递路径（22）传导的扭转不均匀性的相位移。

2.按照权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述内燃机为往复式活塞发动机，其具有至少两个工作气缸。

3.按照权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，所述运行模式包括所有气缸（94、96、98、100）都运行的第一运行状态和至少一个仅一部分气缸（98、100）运行的第二运行状态。

4.按照权利要求1、2或3所述的驱动系统，其特征在于，所述运行模式包括二冲程运行和四冲程运行。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述相位移组件（26）包括振动系统（28），该振动系统具有初级侧（30）和能克服阻尼元件组件（40、50）的作用相对于所述初级侧（30）旋转的次级侧（44）。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述联接组件（24）包括行星齿轮传动组件（52）。

7.按照权利要求6所述的驱动系统，其特征在于，所述行星齿轮传动组件（52）包括与所述第二扭矩传递路径（22）联接的行星齿轮架（54），该行星齿轮架带有多个可旋转地承载在其上的行星齿轮（56）。

8.按照权利要求7所述的驱动系统，其特征在于，所述行星齿轮传动组件（52）包括与第一扭矩传递路径（20）联接的与所述行星齿轮（56）啮合的第一齿圈组件（82）或太阳轮组件以及与所述输出区域（14）联接的与所述行星齿轮（56）啮合的第二齿圈组件（84）或太阳轮组件。