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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren für das Steuern
der Trägheitsmomentreaktion
von rotierenden Maschinen.
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Ein
herkömmlicher
Antriebsstrang weist einen „feststehenden" Aufbau auf, der
an dem Fahrzeugfahrwerk mit elastischen Halterungen angebracht ist.
Bei herkömmlichen
Antriebssträngen
drehen verschiedene Motor- und Getriebekomponenten einschließlich Kurbelwelle,
Schwungscheibe und Drehmomentwandler eines Automatikgetriebes zum Beispiel
in gleicher Richtung, so dass ihre Drehträgheit eine verstärkende Wirkung
hat. Wenn ein Verdichtungs- oder Verbrennungsereignis des Motors eine
Beschleunigung der Drehträgheit
bewirkt, wird auf den feststehenden Aufbau im Allgemeinen eine gleiche,
aber entgegengesetzte Trägheitsmomentreaktion
ausgeübt.
Daher ist der feststehende Aufbau nicht wirklich feststehend, sondern
schwingt stattdessen entgegengesetzt zu den Beschleunigungen der Drehträgheit. Dieses
Schwingen des feststehenden Aufbaus leitet die Schwingung durch
die elastischen Halterungen in das Fahrzeugfahrwerk ein und kann zu
unerwünschter
Geräuschbildung
und Schwingung im Fahrgastraum des Fahrzeugs führen.
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Herkömmliche
Lösungen
dieses Schwingungsproblems umfassen das Steuern der Motorbetriebsbedingungen,
um die Größenordnung
und den Frequenzbereich der Trägheitstorsionsschwingungen
zu minimieren, sowie Einstellen der Antriebsstranghalterungen, um
die Übertragung
von Schwingungen zu minimieren. Die Beschränkungen, die auf den Motor-/Antriebsstrangbetrieb ausgeübt werden, können sich
aber auf die Verwirklichbarkeit anderer erwünschter Betriebseigenschaften
zum Beispiel in Bezug auf Ansprechverhalten, Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und/oder Emissionen auswirken. Einige bekannte Lösungen steuern ein oder mehrere
gegenläufig
drehende Elemente, um die Trägheitsmomentreaktion
zu reduzieren oder auszuschalten, wie in den U.S. Patenten Nr. 5,551,928
und 5,570,615 zum Beispiel offenbart wird. Diese Vorgehen können zwar die
Drehmomentreaktion an dem Antriebsstrangaufbau reduzieren, die größere Masse
lässt aber
auch das Gewicht größer werden
und reduziert das Ansprechverhalten des Systems und kann eine damit einhergehende
nachteilige Auswirkung auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit haben.
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Andere
Lösungen
verwenden einen integrierten Starter-Generator (ISG) als gegenläufig drehende
Trägheit,
wie in
US 5,606,946 ,
WO 03004845 und
US 6,516,770 zum
Beispiel offenbart wird. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung
haben aber erkannt, dass die Vorteile einer gegenläufig drehenden Trägheit sowie
Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistungsvorteile eines ISG bei
höheren
Motordrehzahlen kleiner werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ein System und ein Verfahren für das Steuern
einer Trägheitsmomentreaktion,
welche eine wahlweise in Eingriff bringbare gegenläufig drehende
Komponente zur Verringerung oder Ausschaltung der Drehmomentreaktion
an den feststehenden Antriebsstrangkomponenten beinhalten.
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In
einer Ausführung
nutzt die vorliegende Erfindung eine wahlweise in Eingriff bringbare
gegenläufige
drehende Trägheit,
die im Motorsumpf eingebaut ist, um die Trägheitsmomentreaktion zu reduzieren
oder auszuschalten, die ansonsten mit Winkelbeschleunigung/Winkelverzögerung einer
sich drehenden Masse an einem feststehenden Aufbau oder Montagekomponenten
einhergeht. Die gegenläufig drehende
Trägheit
kann durch eine einfache Trägheitsmasse
oder durch eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Maschine
erzeugt werden, die als integraler Starter/Generator (IGS) funktioniert. Das
System und Verfahren umfassen eine Vorrichtung zum mechanischen
und/oder elektrischen Kuppeln der gegenläufig drehenden Trägheit mit
einer oder mit mehreren vorwärts
drehenden Komponenten. Die Vorrichtung kann durch mehrere Antriebselemente
wie Zahnräder,
Riemen, Ketten und Kettenräder
oder eine ähnliche
zur Kupplung mit einer Drehmoment tragenden Komponente einer Brennkraftmaschine,
beispielsweise der Kurbelwelle, verwendete Vorrichtung implementiert
werden. Ein Scherenrad oder anderes Merkmal zur Reduzierung oder
Ausschaltung von Spiel kann ebenfalls verwendet werden, um die gegenläufig drehende
Komponente bzw. die gegenläufig
drehenden Komponenten eng miteinander zu kuppeln und Rasselgeräusche des
Getriebes zu verhindern.
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Verschiedene
erfindungsgemäße Ausführungen
verwenden Gleitlager, Federn und Flansche und mehrere Arretierungsvorrichtungen,
beispielsweise einen hydraulisch betätigten Zapfen, der ein- und
ausrücken
kann, um bei Bedarf die gegenläufig drehende
Trägheit
wahlweise ein- und auszukuppeln. Eine geeignete Auswahl des Antriebsverhältnisses
bzw. der Antriebsverhältnisse über der
Kupplungsvorrichtung, um die gegenläufig drehende Trägheit schneller
als die vorwärts
drehende Trägheit
anzutreiben, macht es möglich,
dass die gegenläufig drehende
Trägheit
von kleinerer Größe und Masse ist,
aber immer noch im Wesentlichen der wirksamen Trägheit der vorwärts drehenden
Komponenten entspricht.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführung umfasst
die Kupplungsvorrichtung mehrere Riemenscheiben und Riemen, um die
gegenläufig
drehende Trägheit
anzutreiben, welche durch eine Maschine implementiert werden kann,
die eine Last kuppeln kann, um regeneratives Bremsen zu erzeugen,
sowie als Motor betrieben werden kann, um zum Beispiel Fahrzeuganfahrhilfe
und Motorstarten zu bieten. In dieser Ausführung wickelt sich der Antriebsriemen um
eine mit der gegenläufig
drehenden Trägheit
verbundene Riemenscheibe und überträgt Drehmoment von
und zu einer vorwärts
drehenden Riemenscheibe großen
Durchmessers durch die an den Klemmpunkten zwischen der vorwärts drehenden Riemenscheibe
und den gegenläufig
drehenden Riemenscheiben erzeugte Reibung in der Riemenschlaufe. Um
die gegenläufig
drehenden Elemente von der vorwärts
drehenden Riemenscheibe zu lösen,
wird eine Transportstruktur, die die gegenläufig drehenden Riemenscheiben
trägt,
weg von der vorwärts drehenden
Riemenscheibe bewegt.
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Die
vorliegende Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Die vorliegende
Erfindung gibt zum Beispiele Systeme und Verfahren für das Steuern
der Trägheitsmomentreaktion
unter Verwendung einer wahlweise in Eingriff bringbaren gegenläufig drehenden
Trägheit
zum Reduzieren oder Ausschalten der Drehmomentreaktion an dem Antriebsstrangaufbau und
zur Verbesserung der Leistung bezüglich Geräuschbildung, Schwingung und
Rauheit (NVH) an die Hand. Das wahlweise außer Eingrifftreten der gegenläufig drehenden
Trägheit
bei höheren
Motordrehzahlen reduziert jegliche nachteilige Auswirkung auf die
Systemleistung und -reaktion, reduziert damit verbundene Reibung
und Verschleiß der
Kupplungsvorrichtung und der gegenläufig drehenden Trägheit und
erleichtert die Verwendung eines Differentials positiver Geschwindigkeit,
um die Geschwindigkeit der gegenläufig drehenden Trägheit bezogen
auf die Kurbelwelle zu erhöhen,
so dass die wirksame Trägheit
im Wesentlichen auf die kleineren und weniger schweren Komponenten
abgestimmt wird. Das Drehen eines integralen Starters/Generators
in eine Richtung gegenläufig
zu der der Motorkurbelwelle umgeht die Notwendigkeit zusätzlicher
nicht funktioneller Komponenten oder Masse, um eine ausgleichende
Trägheit
zu erzeugen. Dies reduziert eine nachteilige Auswirkung auf das
Gewicht, das Ansprechverhalten und die Gesamtleistung des Antriebstrangs
sowie auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit im Verhältnis zu
herkömmlichen
Lösungen,
die Komponenten allein für
das Ausgleichen oder Aufheben von Drehmomentreaktionen in Verbindung
mit sich drehender Trägheit
hinzufügen.
Ferner kann ein nach der Lehre der vorliegenden Erfindung vorgesehener integraler
Starter/Generator verwendet werden, um Fahrzeuganfahrhilfe, Motorstarten
(Eliminieren des herkömmlichen
Anlassermotors) und regeneratives Bremsen zu bieten, ohne die mit
einem herkömmlich angebrachten
ISG verbundene Antriebstranglänge zu
vergrößern. Die
vorliegende Erfindung kann es ermöglichen, dass stufenlos verstellbare
Motoren ohne unakzeptables NVH leer laufen und bei niedrigen Motordrehzahlen
laufen, während
weniger als alle Zylinder zünden.
Ferner sollte die reduzierte oder eingeschränkte Trägheitsmomentreaktion am feststehenden
Antriebsstrangaufbau Geräuschbildung,
Schwingung und Rauheit (NVH) bei den ungleichmäßigen Zündintervallen reduzieren, die
eintreten, wenn ein 8-Zylinder-Motor in einem reduzierten oder stufenlos verstellbaren
Modus mit zum Beispiel 3, 5, 6 oder 7 zündenden Zylindern arbeitet.
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Der
obige Vorteil und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungen
in Verbindung mit den Begleitzeichnungen deutlich hervor.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Kräftebild,
das den Betrieb eines Systems oder Verfahrens mit einer gegenläufig drehenden
Trägheit
für das
Annullieren von Momenten an einer Schwungscheibe nach einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.
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2 ist
ein Endansicht-Blockdiagramm, welches den Betrieb einer Ausführung für ein System oder
Verfahren für
das Steuern der Trägheitsmomentreaktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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3 ist
eine teilweise Querschnittansicht der in 2 gezeigten
Ausführung.
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4 ist
eine teilweise Querschnittansicht einer Ausführung einer Vorrichtung für das wahlweise
Kuppeln und Auskuppeln einer gegenläufig drehenden Trägheit, wie
in den 2 und 3 gezeigt.
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5 ist
eine Querschnittansicht, welche eine repräsentative Öldruckzufuhr für den in 4 gezeigten
Mechanismus veranschaulicht.
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6 ist
ein Querschnitt durch eine Ausführung
für ein
System oder Verfahren für
das Steuern von Trägheitsmomentreaktion
mit einer wahlweise in Eingriff bringbaren zahnradangetriebenen
gegenläufig
drehenden Trägheit.
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7 ist
ein Endansicht-Blockdiagramm einer Ausführung für ein System oder Verfahren
für das Steuern
der Trägheitsmomentreaktion
mit einer wahlweise in Eingriff bringbaren riemenangetriebenen gegenläufig drehenden
Trägheit.
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8 ist
ein Endansicht-Blockdiagramm der in 7 gezeigten
Ausführung
in einer Stellung außer
Eingriff, um die gegenläufig
drehende Trägheit auszukuppeln;
und
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9 ist
eine Querschnittansicht der in den 7 und 8 gezeigten
Ausführung
für das
Steuern von Trägheitsmomentreaktion
mit Hilfe einer wahlweise in Eingriff bringbaren riemenangetriebenen
gegenläufig
drehenden Trägheit,
die zwischen einer Eingriffstellung und einer Stellung außer Eingriff schwenkt.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)
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Wie
für den
Durchschnittsfachmann ersichtlich, können verschiedene erfindungsgemäße Merkmale,
wie sie in Bezug auf eine der Figuren veranschaulicht und beschrieben
werden, mit in einer oder in mehreren anderen Figuren gezeigten
Merkmalen kombiniert werden, um erfindungsgemäße Ausführungen zu erzeugen, die nicht
explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Merkmalskombinationen
bilden repräsentative
Ausführungen
für typische
Anwendungen. Es können aber
verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale, die mit
der Lehre der vorliegenden Erfindung konform sind, für bestimmte
Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht
sein.
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Unter
Bezug nun auf 1 wird ein Kräftediagramm
gezeigt, welches den erfindungsgemäßen Betrieb mit einer gegenläufig drehenden
Trägheit veranschaulicht,
wie sie zum Beispiel durch einen integralen Starter/Generator (ISG)
erzeugt werden kann, um Momente an einer Schwungscheibe in Verbindung
mit einer Winkelbeschleunigung der Trägheit aufzuheben, um das Reaktionsmoment
an dem feststehenden Antriebstrangaufbau zu reduzieren oder auszuschalten.
Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, ist die vorliegende
Erfindung auf eine Vielzahl von Hubkolben-Brennkraftmaschinen/Motoren
anwendbar, was fremdgezündete
Motoren und selbstzündende
Motoren und andere Antriebsmaschinen, die besonders für Fahrzeuganwendungen geeignet
sind, einschließt.
Die vorliegende Erfindung kann bei verschiedenen anderen Motorarten
und anderen Antriebsmaschinen verwendet werden, die ein Schwingungsreaktionsmoment
oder ein Moment in Verbindung mit Drehbeschleunigung oder -verzögerung verschiedener
Motor- und/oder Getriebe-/Antriebstrangkomponenten
erzeugen, und ist nicht auf Fahrzeuganwendungen oder Brennkraftmaschinen beschränkt. Bei
einer typischen Brennkraftmaschinenanwendung ist eine allgemein
durch das Bezugszeichen 35 dargestellte Kurbelwelle ein
primärer
Bestandteil von Motordrehträgheit
und dem sich ergebenden Reaktionsmoment. Andere Komponenten, deren
Winkelbeschleunigung zu dem Reaktionsmoment beitragen können, umfassen
zum Beispiel eine Schwungscheibe 55, ein Pleuel 25,
einen Schwingungsdämpfer
und eine bzw. mehrere Nockenwellen (nicht dargestellt). Eine gegenläufig drehende
Trägheit 65,
die durch einen integralen Starter/Generator (ISG) vorgesehen werden
kann, kann mit der Schwungscheibe 55 gekuppelt oder verbunden
werden, was hierin eingehender beschrieben wird.
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In 1 werden
auf die sich bewegenden Komponenten des Motors wirkenden Vektorkräfte und
Momente durch schmälere
Pfeile, beispielsweise Pfeile 100 und 130, veranschaulicht,
während
auf den „feststehenden" Aufbau des Motors
wirkende Vektorkräfte
und Momente durch breitere Pfeile, beispielsweise Pfeile 30, 40 und 70 veranschaulicht
werden, wobei Reaktionen auf den Antriebstrangaufbau aufgrund Beschleunigungen
der normalen vorwärts drehenden
Komponenten durch fette, breite Pfeile wie 30 und 70 dargestellt
werden und Reaktionen aufgrund der gegenläufig drehenden Trägheit durch nicht
ausgefüllte
breite Pfeile wie 40 und 80 dargestellt werden.
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Bei
Betrieb drückt
Gasdruck im Zylinder nach oben gegen den Zylinderkopf und nach unten
gegen den oberen Teil des Kolbens, wie durch Kraft 10 dargestellt.
Um die Analyse zu vereinfachen, wird angenommen, dass der Kolben 15 und
das Pleuel 25 eine vernachlässigbare Trägheit haben, so dass sich die gesamte
Abwärtskraft
am Kolben 15 entlang der Achse des Pleuels 25 zur
Kurbelwelle 35 überträgt. Bei dem
gezeigten bestimmten Kurbelwinkel bildet das Pleuel 25 einen
Winkel zur Zylinderbohrung, was zu einer am Kolben 15 gegen
die Wand der Zylinderbohrung erzeugten Seitenkraft 20 führt (die
am Kolbenbolzen 22 wirkenden drei Kräfte heben sich gegenseitig
auf). Die von dem Pleuel 25 zum Pleuelzapfen der Kurbelwelle 35 übertragenen
Kraft 90 korrespondiert mit einer Kraft 110 gleicher
Größenordnung, aber
entgegengesetzter Richtung von den Zylinderblocklagern, die auf
die Kurbelwellenhauptlagerzapfen wirkt. Da diese gleichen, aber
entgegengesetzten Kräfte 90, 110 von
dem Pleuel 25 und den Hauptlagern durch einen wirksamen
Hebelarm zueinander versetzt sind, bilden sie ein Paar mit einem
zugehörigen
Moment 140, das eine Winkelbeschleunigung an der Schwungscheiben-/Kurbelwellenanordnung
ausübt.
Der Kraft 110, die die Hauptlager auf die Kurbelwelle 35 ausüben, korrespondiert
mit einer gleichen, aber entgegengesetzten Kraft von der Kurbelwelle 35 zum
Zylinderblock. Wenn diese Kraft von den Kurbelwellenhauptlagerzapfen
zu dem Zylinderblock jeweils in vertikale und horizontale Komponenten 30, 50 aufgelöst wird,
entspricht die vertikale Komponente 30 in Größe und Ausrichtung
der nach oben gerichteten Kraft 10 des Gasdrucks auf den
Zylinderkopf, so dass sie sich gegenseitig aufheben. Die horizontale
Komponente 50 der Kraft der Hauptlagerzapfen an dem Zylinderblock
ist der horizontalen Kraft 20 des Kolbens 15 gegen
die Zylinderbohrung sowohl in Richtung als auch Größe entgegengesetzt,
ist aber um den vertikalen Abstand zwischen dem Hauptlagerzapfen
und Kolbenbolzen 22 versetzt. Dieser vertikale Versatz
der beiden entgegengesetzten Kräfte übt auf den
Zylinderblockaufbau ein Moment 70 aus. Die Momente 140, 170,
die auf die Kurbelwellen-/Schwungscheibenanordnung bzw. auf den
Zylinderblockaufbau wirken, sind von gleicher Größe, aber von entgegengesetzter
Richtung, so dass es kein netto unausgeglichenes Moment oder Reaktionsmoment
an der Motoranordnung insgesamt gibt. Der Zylinderblockaufbau und
die anderen angebrachten „feststehenden" Antriebstrangkomponenten
haben ein wesentlich größeres Trägheitsmoment
als die Schwungscheiben-/Kurbelwellenanordnung, so dass die durch
die Antriebstranghalterungen übertragene
Winkelbeschleunigung des Zylinderblockaufbaus erheblich geringer
als die der Kurbelwellen-/Schwungscheibenanordnung
ist. Einige Betriebsarten des Antriebstrangs erzeugen aber mehr
Torsionsschwingung des Zylinderblocks als die Halterungen effektiv
isolieren können,
so dass es wünschenswert
ist, das auf den Motoraufbau wirkende Trägheitsmoment nach verschiedenen
erfindungsgemäßen Ausführungen
zum Teil zu verringern oder aufzuheben.
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Wie
ebenfalls in 1 gezeigt wird, erzeugt eine
erfindungsgemäße gegenläufig drehende
Trägheit 65 ein
auf den Motoraufbau wirkendes Moment 80, das dem durch
die Reaktion auf die Beschleunigung der vorwärts drehenden Schwungscheibe 55 erzeugten
Moment 70 entgegenwirkt. Die gegenläufig drehende Trägheit ist
wahlweise in Eingriff bringbar, wie hier veranschaulicht und beschrieben
wird, und kann durch eine einfache gegenläufig drehende Trägheitskomponente
oder durch eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Maschine
implementiert werden, welche begleitende Vorteile des Ersetzens
des Anlassermotors und/oder Aufnehmen der Bremsenergie, die dem
Fahrzeug als Anfahrhilfe zurückgegeben
werden kann, bieten. Die in 1 gezeigte
repräsentative
Ausführung
umfasst zwar eine zahnradangetriebene Trägheit, doch können auch
andere Antriebsmechanismen verwendet werden.
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An
der Zahnradgrenzfläche
zwischen Schwungscheibe 55 und gegenläufig drehender Trägheit 65 (in
diesem Beispiel durch einen ISG implementiert) übt die Schwungscheibe 55 eine
Kraft 150 auf den ISG-Rotor aus, und die (an dem Zylinderblockaufbau
angebrachten) ISG-Lager üben
eine entgegengesetzte Kraft 160 auf den ISG-Rotor aus.
Diese gleichen, aber entgegengesetzten Kräfte 150, 160 mit
einem Versatz üben
ein Moment 170 auf den ISG-Rotor aus. An der Zahnradgrenzfläche übt der ISG-Rotor
eine Kraft 120 auf die Schwungscheibe 55 aus,
der eine gleiche aber entgegengesetzte Kraft 100 an den
Kurbelwellenhauptlagerzapfen entgegenwirkt. Dieses Paar hat ein
zugehöriges
Moment 130 entgegengesetzter Richtung bezogen auf das durch die
Pleuelkraft 90 an der Kurbelwelle 35 erzeuge Moment 140,
so dass die Winkelbeschleunigung der Schwungscheibe 55 ausgeglichen
oder reduziert wird. Die auf die Hauptlagerzapfen wirkende Kraft 100 korrespondiert
mit einer entgegengesetzten Kraft 40, die von den Hauptlagerzapfen
auf die Hauptlager des Zylinderblocks ausgeübt wird. Analog korrespondiert
die Kraft 160 von den ISG-Lagern auf ihren Rotor mit der
Kraft 60 von dem Rotor auf die Lager. Die Kraft 40 an
den Kurbelwellenhauptlagern und die Kraft 60 an den ISG-Lagern
sind von gleicher Größe aber
entgegengesetzter Richtung und sind voneinander versetzt, um ein
Moment 80 am Zylinderblockaufbau zu erzeugen. Wenn das
ISG-Antriebsverhältnis
und die Trägheit
richtig gewählt
werden, hebt das Moment 80 im Uhrzeigersinn das Moment 70 gegen
den Uhrzeigersinn auf, und die Momente 130 und 170 gegen
den Uhrzeigersinn heben zusammen das Moment 140 im Uhrzeigersinn
auf. Daher wird kein unausgeglichenes Trägheitsmoment auf den Zylinderblock
ausgeübt,
und die auf die Motorhalterungen oder andere feststehende Antriebstrangkomponenten
wie Fahrzeugfahrwerk übertragene
Nettoschwingungsmomentreaktion wird reduziert oder aufgehoben. Die
wirksamen Größen der
Drehträgheiten,
die von Motorkomponenten und Komponenten in Verbindung mit dem gegenläufig drehenden
integralen Starter/Generator (ISG) erzeugt werden, können durch
die Wahl von Komponentenmasse und -geometrie, das wahlweise in Eingriffbringen
von Komponenten mit unterschiedlicher Masse und/oder mit unterschiedlichen
Geometrien und/oder durch die relative Drehgeschwindigkeit zwischen
vorwärts
drehenden und gegenläufig
drehenden Komponenten, die durch die wahlweise in Eingriff bringbare
Kupplungsvorrichtung bzw. -mechanismus gewählt oder bestimmt werden, angepasst werden.
Alternativ oder in Kombination kann eine wahlweise Kupplung einer
variablen Last mit dem ISG ein Drehmoment zwischen sich drehenden
und feststehenden Komponenten des Motors erzeugen, um die durch
die Zündimpulse
erzeugte Torsionserregung zu reduzieren oder aufzuheben. Diese Reduzierung
der Torsionserregung senkt die Torsionsschwingung der Antriebstrang-Abtriebswelle(n)
und die Reaktion des Antriebstrangaufbaus auf diese Schwingung.
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In 2 wird
ein Endansicht-Blockdiagramm gezeigt, das eine Ausführung eines
Systems oder Verfahrens für
das Steuern der Trägheitsmomentreaktion
unter Verwendung einer wahlweise in Eingriff bringbaren gegenläufig drehenden
Trägheit
veranschaulicht. Ein Kettenantrieb 210 überträgt Drehmoment von einem Kurbelwellenrad 200,
das zur Drehung mit einer Kurbelwelle 262 angebracht ist (3),
auf eine Zwischenwelle mit einem zugehörigen Rad-/Ritzelsatz 220,
der in gleicher Richtung wie die Schwungscheibe 55 dreht.
Ein zweites Ritzel des Rad-/Ritzelsatzes 220 kämmt mit
einem entsprechenden Ritzel 230, welches ein Scherenrad
sein kann, um jegliches Radspiel zu reduzieren oder zu beseitigen,
um eine gegenläufige
Drehung der Trägheit 240 zu
erzeugen, welche in dieser Ausführung als
einfache Trägheitskomponente
veranschaulicht wird. Die Grenzfläche zwischen dem dazwischen
liegenden Rad-/Ritzelsatz 220 und dem gegenläufig drehenden
Ritzel 230 ist solcher Art, dass das gegenläufig drehende
Ritzel 230 in eine Richtung entgegengesetzt zu der des
dazwischen liegenden Rad-/Ritzelsatzes 220 dreht. Das gegenläufig drehende
Ritzel 230 ist mit der Trägheitskomponente 240 gekuppelt,
um die erfindungsgemäße gegenläufig drehende
Trägheit
zu erzeugen.
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3 ist
eine Ansicht teilweise im Querschnitt einer 8-Zylinder-Verbrennungsmotor-Implementierung
für die
in 2 gezeigte Ausführung der Erfindung. Der Teilquerschnitt
zeigt die untere Hälfte der
Kurbelwelle 262, um eine repräsentative Positionierung einer
wahlweise in Eingriff bringbaren gegenläufig drehenden Trägheitskomponente
in einem Motorsumpf zu veranschaulichen. Der Motorzylinderblock 250 umfasst
eine Anzahl von Spritzwänden 252, 254, 256, 258 und 260,
die zum Lagern verschiedener sich drehender Komponenten wie Kurbelwelle 262 mit
Hilfe herkömmlicher
Lager 264 verwendet werden. Die Kurbelwelle 262 umfasst
zum Beispiel eine Reihe von konzentrischen Lagerzapfen, die sich
durch die verschiedenen Querbleche erstrecken und durch zugehörige Hauptlager 264 gelagert werden,
die in Durchgangsbohrungen mindestens in den Spritzwänden 252 und 260 angeordnet
sind. Um eine gegenläufige
Drehung der Trägheitskomponente 240 bezogen
auf die Kurbelwelle 262 zu erzeugen, umfasst der dazwischen
liegende Rad-/Ritzelsatz 220 einen
dazwischen liegenden Radteil 270 und Ritzelteil 272,
die zur Drehung durch einen Gewindestift bzw. Befestigung 268 an
einer Zwischenwelle 274 befestigt sind. Die Lager 276, 278 in
den Spritzwänden 260 bzw. 258 lassen eine
Zwischenwelle 274 drehen, wenn diese von der Kette 310 angetrieben wird,
welche mit dem Radteil 270 greift und ihn in die gleiche
Richtung wie das Rad 200 dreht, das zur Drehung mit der
Kurbelwelle 262 wahlweise in Eingriff gebracht oder gekuppelt
wird, wie unter Bezug auf 4 gezeigt
und beschrieben wird. Alternativ können der Radteil 270 und
der Ritzelteil 272 des dazwischen liegenden Satzes 220 durch
separate Komponenten implementiert werden, wobei entweder eine oder
beide wahlweise mit der Zwischenwelle 274 gekuppelt werden,
um einen wahlweisen Eingriff der gegenläufig drehenden Trägheit 240 zu
bieten.
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Wie
ebenfalls in 3 gezeigt wird, befindet sich
der Ritzelteil 272 des dazwischen liegenden Satzes 220 in
kämmendem
Eingriff mit einem gegenläufig
drehenden Ritzel 230, das in dieser Ausführung durch
ein zweiteiliges Scherenrad implementiert wird, um ein Spiel zu
reduzieren oder auszuschalten, so dass die Trägheitskomponente 240 eng
mit den vorwärts
drehenden Trägheitskomponenten
wie Kurbelwelle 262 verbunden ist, und um Geräuschbildung zu
reduzieren oder zu beseitigen. Das Scherenrad 230 ist an
der gegenläufig
drehenden Welle 280 befestigt, welche zur Drehung durch
die Lager 282 und 284 gelagert wird, die jeweils
an den Spritzwänden 258 und 254 befestigt
sind. Eine Befestigungsschraube oder -stift 290 sichert
die Trägheitskomponente
bzw. -vorrichtung 240 für
die Drehung mit der gegenläufig
drehenden Welle 280.
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Eine
geeignete Auswahl von Größe und Anzahl
der Zähne
des Ritzelteils 272 und des kämmenden Ritzels 230 können zusätzlich zu
den Wellenrädern 200 und 270 verwendet
werden, um ein Geschwindigkeitsdifferential zu erzeugen, das im
Wesentlichen mit den wirksamen vorwärts drehenden und gegenläufig drehenden
Trägheiten
korrespondiert. Zum Beispiel kann eine geeignete Auswahl der Antriebs-
und Abtriebsräder
und des kämmenden Zwischenritzels
die Drehgeschwindigkeit der Trägheitskomponente 240 bezogen
auf die Kurbelwelle 262 erhöhen, um die Masse der gegenläufig drehenden
Trägheitskomponente
oder Vorrichtung 240 zu reduzieren, während im Wesentlichen der wirksamen Trägheit der
verschiedenen vorwärts
drehenden Komponenten entsprochen wird.
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Während des
Betriebs wird das Antriebsrad 200 wahlweise durch einen
Kupplungsmechanismus (wie zum Beispiel in 4 gezeigt)
mit der Kurbelwelle 262 zur Drehung mit der Kurbelwelle 262 gekuppelt,
um den Radteil 270 des dazwischen liegenden Satzes 220 über die
Kette 210 in gleicher Richtung, aber bei einer höheren Drehgeschwindigkeit anzutreiben.
Der Radteil 270 ist an der Zwischenwelle 274 und
dem Ritzelteil 272 befestigt, welches das Scherenrad 230 und
die gegenläufig
drehende Welle 280 in die Gegenrichtung antreibt, um eine
gegenläufige
Drehung der Trägheitskomponente
bzw. -vorrichtung 240 zu erzeugen. Die gegenläufig drehende Trägheitskomponente
bzw. -vorrichtung 240 kann zum Beispiel basierend auf den
vorliegenden Motorbetriebsbedingungen oder -parametern wie Motordrehzahl
oder Anzahl der zündenden
Zylinder in einer Anwendung mit einem stufenlos verstellbaren Motor
(VDE) wahlweise von der Kurbelwelle 262 gelöst oder
ausgekuppelt werden.
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In 4 wird
eine Ansicht teilweise im Querschnitt einer Ausführung einer Vorrichtung für das wahlweise
Kuppeln und Entkuppeln einer gegenläufig drehenden Trägheit nach
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Ausführung kuppelt
die Vorrichtung 300 das Rad 200 mit der Kurbelwelle 262 wahlweise
und löst
es wieder, um wie vorstehend unter Bezug auf die 2 und 3 beschrieben
eine gegenläufig
drehende Trägheit
wahlweise zu erzeugen. Die Kurbelwelle 262 umfasst Lagerzapfen 310, 312,
die zur Drehung durch entsprechende Hauptlager in den jeweiligen
Spritzwänden 260 und 258 (3)
des Motorzylinderblocks in montiertem Zustand gelagert werden. Die
Vorrichtung 300 umfasst einen hydraulisch betätigten Zapfen 320,
der in einer entsprechenden Bohrung in dem Pleuelzapfen 324 und
der Buchse 326 gleitet, um einen zweiteiligen Druckflansch 322,
der an dem Rad 200 über
Befestigungen 328 befestigt ist, ein- und auszurücken. Ein Kupplungszapfen 320 wird
in der eingerückten/ausgerückten Stellung
gezeigt, so dass das Rad 200 über den Zapfen 320 für die Drehung
mit der Kurbelwelle 262 basierend auf einem Steuersignal
gekuppelt wird, um mit Hilfe von einer Kammer 330 von dem
Lagerzapfen 312 zugeführten
Motorschmieröls Hydraulikdruck
zu erzeugen. Wie unter Bezug auf 5 eingehender
gezeigt und beschrieben wird, füllt
das Hochdruckschmieröl
die Kammer 330 und bewegt den Kupplungszapfen 320 gegen
die Kraft einer Druckfeder 336 und gegen den Hydrauliköldruck von
dem Lagerzapfen 310 hin zu der gezeigten eingerückten Stellung.
Der Durchschnittfachmann wird erkennen, dass eine Differentialkraft
mit gleichem Hydraulikdruck an beiden Seiten des Kupplungszapfens 320 erzeugt
werden kann, um den Zapfen 320 basierend auf der mit den
Zapfenflächen
oder -ebenen assoziierten Differentialfläche entweder hin in die eingerückte oder
in die ausgerückte
Stellung vorzuspannen oder zu bewegen. Der Zapfen 320 kann
ein mit einer entsprechenden Bohrung in dem Druckflansch 322 zusammenwirkendes
verjüngtes
Ende aufweisen, um einen Eingriff unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen
oder -parametern zu erleichtern.
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Um
das Rad 200 von der Kurbelwelle 262 zu lösen, wird
ein Steuersignal erzeugt, um den dem Lagerzapfen 312 zugeführten Hydraulikdruck
zu senken und/oder den Hydraulikdruck zum Lagerzapfen 310 zu
erhöhen,
so dass die Kraft der Druckfeder 336 in Verbindung mit
dem den gegenüberliegenden
Seiten des Kupplungszapfens 320 zugeführten Differentialöldruck den
Zapfen 320 aus dem Eingriff mit dem Druckflansch 322 bewegt.
Die Druckfeder 336 hält den
Kupplungszapfen 320 in der ausgerückten Stellung, selbst wenn
der Differentialhydraulikdruck gesenkt oder vollständig aufgehoben
wird. In der ausgerückten
Stellung lässt
die Buchse 340 eine Drehung der Kurbelwelle 262 zu,
während
das Rad 200 feststehend bleibt, so dass das Antriebsmoment
für die
gegenläufig
drehende Trägheit
beseitigt ist. Abhängig
von der jeweiligen Anwendung kann die gegenläufig drehende Trägheitskomponente
eine integrale oder Hilfsbremse umfassen, um die Drehung der Komponente
bei Ausrücken
bei Bedarf zu verlangsamen oder zu stoppen. Bei Implementieren durch
eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Maschine kann regeneratives
Bremsen zum Verlangsamen oder Stoppen der gegenläufig drehenden Trägheitskomponenten
bei Ausrücken
aus dem Antriebselement und zum Aufnehmen der kinetischen Energie
des Fahrzeugs während
regenerativen Fahrzeugbremsens vor dem Trennen der Maschine von
der Kurbelwelle verwendet werden.
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Für ein richtiges
Kuppeln/Eingreifen der gegenläufig
drehenden Trägheit
in dieser Ausführung sollte
die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 262 und des Rads 200 im
Wesentlichen synchronisiert sein. Bei Anwendungen, die eine Hydraulik-
oder Pneumatikmaschine und eine elektrische Maschine verwenden,
die als integraler Starter/Generator funktioniert, kann die Maschine
als Motor zum Beschleunigen der gegenläufig drehenden Trägheit auf
eine im Wesentlichen synchrone Geschwindigkeit mit der Kurbelwelle
betrieben werden, bevor der Kupplungszapfen 320 so gesteuert
wird, dass er die gegenläufig drehende
Trägheit
mit der Kurbelwelle 262 kuppelt.
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5 ist
ein Teilquerschnitt durch eine repräsentative Spritzwand eines
Motorzylinderblocks mit einem Öldruckzufuhrsystem
für das
Betätigen
einer Vorrichtung zum wahlweisen Kuppeln einer gegenläufig drehenden
Trägheitskomponente
nach einer erfindungsgemäßen Ausführung. Die
verschiedenen Merkmale der dargestellten repräsentativen Spritzwand gelten
gleichermaßen
für die
Spritzwände 258 und 260 (3),
so dass beide Spritzwände,
sofern nichts anderes angegeben wird, ähnliche oder identische Merkmale
aufweisen, die nachstehend unter Bezug auf Spritzwand 258 beschrieben
werden. Analog können
in der Spritzwand 254 (3) ähnliche Merkmale
vorgesehen werden, um eine Schmierung der gegenläufig drehenden Welle 280 (3)
zum Beispiel ohne die Merkmale, die Hochdrucköl für die Betätigung einer Kupplungsvorrichtung
zuführen, vorzusehen.
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Die
Schmierung wird einem zugehörigen Hauptlager,
das in der Bohrung 386 eingebaut ist, von der Hauptölleitung
des Motors durch den Kanal 382 in der Spritzwand 258 zugeführt. Ein
Rückschlagventil 384 ermöglicht,
dass die Hauptlagerbohrung 386 und ein zugehöriges Hauptlager Öl bei Normaldruck
von der Hauptölleitung
erhalten, verhindert aber, dass Öl
durch den Kanal 382 zurück
zur Hauptölleitung
gelangt. Eine (nicht dargestellte) externe Ölzufuhr liefert wahlweise bei
erhöhtem
oder hohem Druck Öl
durch die Kanäle 390 und 392,
um die Betätigung
des Kupplungszapfens 320 zu steuern (4).
Abhängig
von der jeweiligen Anwendung und Implementierung kann ein erhöhter Öldruck durch
eine (nicht dargestellte) elektrisch angetriebene Pumpe erzeugt
werden, die Öl
von anderer Stelle in dem Schmiersystem nimmt und ein Umleitventil nutzt,
um das Öl
bei erhöhtem
Druck zu den Spritzwänden 258, 260 zu
leiten (3). Alternativ könnte eine
umsteuerbare Pumpe verwendet werden, um Öl bei erhöhtem Druck zwischen der Spritzwand 258 und
der Spritzwand 260 zur Betätigung der Kupplungsvorrichtung
zu übertragen.
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Das
in 5 gezeigte Rückschlagventil 384 hält den erhöhten Öldruck um
das in der Bohrung 386 eingebaute Lager durch Verhindern
des Zurückströmens zur
Hauptölleitung.
Das Schmieröl
mit erhöhtem
Druck strömt
dann von dem Lager durch den Lagerzapfen 312 zur Kammer 330,
um auf den Kupplungszapfen 320 zu wirken, wie in 4 gezeigt
wird. Ähnliche
Durchlässe
in der Spritzwand 260 führen Schmieröl bei hohem
Druck zu, um den Kupplungszapfen 320 bei Bedarf basierend
auf Motor- oder Umgebungsbetriebsbedingungen bzw. -parametern auszurücken (4).
Die Spritzwände 254, 258, 260 umfassen
ferner Schmierkanäle 396 für das Schmieren
von Lagern 276, 278 der Zwischenwelle 274 (3)
und von Lagern 282, 284 der gegenläufig drehenden
Welle 280 (3).
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6 ist
ein Querschnitt einer anderen Ausführung für ein System oder Verfahren
für das
Steuern der Trägheitsmomentreaktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In einer Ausführung
von 6 dreht die Kurbelwelle 400 in einer
Vorwärtsrichtung und
weist eine zugehörige
Drehträgheit
auf. Die Kurbelwelle 400 ist durch den Kupplungsmechanismus 410 mit
einer Antriebswelle 420 gekuppelt, welche in gleicher Richtung
wie die Kurbelwelle 400 dreht. Ein Scherenrad 422 ist
wahlweise für
die Drehung mit der Kurbelwelle 400 unter Verwendung einer
Kupplungsvorrichtung in Eingriff bringbar, die durch eine elektromagnetische
Kupplung 426 implementiert wird. Wie zuvor beschrieben
kann ein Scherenrad oder eine ähnliche
Vorrichtung verwendet werden, um Spiel und damit verbundene Geräuschbildung
auszuschalten und die gegenläufig
drehende Trägheit 450 über ein
Rad 430 oder das Scherenrad 422 eng mit der Kurbelwelle 400 zu
kuppeln. Andernfalls könnten kleine
Winkelbeschleunigungen der Kurbelwelle 450 im Radspiel
verloren gehen und nicht in entsprechende Winkelbeschleunigungen
in die Gegenrichtung der gegenläufig
drehenden Trägheit übersetzt
werden, um das verbundene Reaktionsmoment zu reduzieren oder zu
eliminieren.
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Wie
in 6 dargestellt ist ein Scherenrad 422 in
ständigem
kämmenden
Eingriff mit dem Rad 430, das für die Drehung mit der Welle 432 befestigt ist.
Daher dient die Radgrenzfläche
zwischen Scherenrad 422 und Rad 430 zum Umkehren
der Drehrichtung der Welle 432 bezogen auf die Kurbelwelle 400.
Ferner werden die relativen Größen und
die Zähneanzahl
des Scherenrads 422 und des Rads 430 so gewählt, dass
ein Differential positiver oder erhöhter Geschwindigkeit erzeugt
wird, so dass die Welle 432 und zugehörige Trägheitskomponenten schneller
als die Kurbelwelle 400 drehen, so dass die wirksame Trägheit der
Welle 432 und der zugehörigen
Trägheitskomponenten
im Wesentlichen der wirksamen Trägheit
der Kurbelwelle 400 und anderer vorwärts drehenden Komponenten unter
Verwendung von Trägheitskomponenten
kleinerer Masse entsprechen kann. Eine gegenläufig drehende Trägheitskomponente 450 ist
für die
Drehung mit der Welle 432 befestigt, welche durch Lager 440 und 442 gelagert
wird. Die gegenläufig
drehende Trägheitskomponente 450 kann
durch eine einfache Trägheit
oder durch eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Maschine
implementiert werden. Bei Implementieren durch eine einfache Trägheit sollte
die Kupplung 426 oder eine alternative Kupplungsvorrichtung entsprechend
bemessen sein, um die gegenläufig drehende
Trägheitskomponente 450 während des wahlweisen
Eingriffs mit der Kurbelwelle 400 zu beschleunigen, wenn
die Kurbelwelle 400 sich dreht. Die Verwendung einer Maschine
bietet die Vorteile einer gegenläufig
drehenden Trägheit
zum Steuern des Reaktionsmoments zusätzlich zur Fähigkeit,
regeneratives Bremsen (Funktionieren als Generator, Hydraulikspeicher
oder luftbelasteter Speicher oder einer anderen Energiespeichervorrichtung),
Motoranlassen und/oder Fahrzeuganfahrhilfe (Funktionieren als Motor)
zu bieten.
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Abhängig von
der jeweiligen Anwendung kann die Kupplung 426 durch eine
Vielzahl von mechanischen/hydraulischen Nass- oder Trockenkupplungen,
eine elektromagnetische Kupplung oder eine ähnliche Vorrichtung implementiert
werden. Die Kupplung 426 wird als Reaktion auf Motor- oder Umgebungsbetriebsbedingungen
oder -parameter gesteuert, um die gegenläufig drehende Trägheitskomponente 450 wahlweise
ein- und auszukuppeln. Abhängig
von der jeweiligen Anwendung kann die Kupplung 426 zum
Beispiel nur während
ausgewählter
Motorbetriebsmodi eingerückt
werden, zum Beispiel während
Leerlauf, wenn dieser in einem stufenlos einstellbaren Modus arbeitet,
und/oder wenn er unter einer gewählten
Motordrehzahl arbeitet (z.B. 1.500 U/min.). Im Allgemeinen ist es
erwünscht,
die gegenläufig
drehende Trägheitskomponente 450 in Eingriff
zu bringen, wenn der Betriebsmodus bzw. die Betriebsbedingungen
andernfalls ein Schwingungsreaktionsmoment an den feststehenden
Komponenten erzeugen würden,
und die Komponente 450 außer Eingriff zu bringen, wenn
der Motorbetriebsmodus bzw. die Motorbetriebbedingungen ein reduziertes
Reaktionsmoment aufweisen oder wenn andere Erwägungen (beispielsweise eine
Forderung nach erhöhter
Beschleunigung) den Wunsch nach Reduzierung oder Ausschalten des
zugehörigen
Reaktionsmoments überwiegen.
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Die 7 und 8 sind
Blockdiagramme, welche eine andere Ausführung eines Systems oder Verfahrens
für das
Steuern der Trägheitsmomentreaktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen. In der in den 7 und 8 gezeigten
Ausführung wird
die gegenläufig
drehende Trägheitskupplungsvorrichtung 470 durch
ein Riemen- und Riemenscheibensystem implementiert, um eine gegenläufig drehende
Trägheit
unter ausgewählten
Bedingungen wahlweise in Eingriff (7) und außer Eingriff (8)
treten zu lassen. Eine Antriebsriemenscheibe 480 ist an
der Welle einer Trägheitskomponente oder
Maschine (nicht dargestellt) angebracht, die zum Erzeugen regenerativen
Bremsens sowie Motoranlassens und Anfahrhilfe verwendet werden kann,
wie vorstehend beschrieben wurde. Ein Antriebsriemen 482 ist
um die Antriebsriemenscheibe 480 gewickelt und überträgt durch
die von dem Riemen 482 an den Klemmpunkten zwischen der
Riemenscheibe 484 großen
Durchmessers und der Antriebsriemenscheibe 480 mit gegenläufig drehender Trägheit sowie
den Spannriemenscheiben 486, 488 in der Riemenschlaufe
erzeugt Reibung Drehmoment zu und von einer Riemenscheibe 484 großen Durchmessers,
die außerhalb
des Außendurchmessers
der Schwungscheibe oder des Drehmomentwandlers angeordnet ist. Die
genaue Anzahl an Spannriemenscheiben, die zur Übertragung des gegenläufig drehenden
Drehmoments erforderlich ist, kann abhängig von der Motorkonstruktion
variieren. Daher erzeugt in der in 7 gezeigten
Eingriffstellung die Kupplungsvorrichtung 470 eine Gegendrehung
der Antriebsriemenscheibe 480 und aller zugehörigen Trägheitskomponenten,
um ein mit Änderungen
der Beschleunigung der vorwärts
drehenden Trägheitskomponenten
wie Schwungscheibe und Riemenscheibe 484 verbundenes Reaktionsmoment zu
reduzieren oder auszuschalten. Die Größe der Antriebsriemenscheibe 480 wird
entsprechend der Größe der Riemenscheibe 484 großen Durchmessers gewählt, um
ein Geschwindigkeitsdifferential zu erzeugen, so dass die wirksame
Trägheit
der vorwärts drehenden
und gegenläufig
drehenden Komponenten durch Verwenden von gegenläufig drehenden Komponenten
kleinerer Masse im Wesentlichen korrespondiert. Anders ausgedrückt: ein
höheres
Antriebsverhältnis
(und das resultierende Geschwindigkeitsdifferential) bietet den
Vorteil, dass die gegenläufig
drehende Trägheit
kleiner und leichter sein kann. Das Antreiben der gegenläufig drehenden Trägheit von
einem großen
Durchmesser, beispielsweise dem Außendurchmesser der Riemenscheibe 484,
erzeugt ein hohes Antriebsverhältnis
in einem einstufigen Antrieb.
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Wie
in 8 gezeigt, wird, wenn ein Lösen der gegenläufig drehenden
Elemente von der Riemenscheibe 484 gewünscht ist, ein Transportaufbau 530 (9),
der die Antriebsriemenscheibe 480 und die gegenläufig drehenden
Spannriemenscheiben 486, 488 trägt, weg
von der Riemenscheibe 484 großen Durchmessers bewegt. Riemensteuerklemmen 490 werden
dann positioniert, um den Antriebsriemen 482 an der Antriebsriemenscheibe 480 und
der Spannriemenscheibe 488 zu sichern und eine kleine Drucklast
auf den Antriebsriemen 482 an der Schwungscheibenseite 500 des
Mechanismus 470 auszuüben,
um zu verhindern, dass der Antriebsriemen 482 gegen die
drehende Riemenscheibe 484 schleppt. Um anschließend die
gegenläufig
drehende(n) Trägheitskomponente(n)
in Eingriff zu bringen, werden die Antriebsriemensteuerklemmen 490 nach außen bewegt
und der Transportmechanismus bewegt sich hin zur Riemenscheibe 484 zur
Eingriffstellung, wie in 7 gezeigt wird. Wenn die gegenläufig drehende Trägheit durch
eine Maschine erzeugt wird, kann die Maschine als Motor betrieben
werden, so dass die Geschwindigkeit der Trägheitsantriebsriemenscheibe 480 sich
der Geschwindigkeit der Riemenscheibe 484 großen Durchmessers
vor Eingreifen des Transportmechanismus nähert.
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Wie
bei den zuvor beschriebenen Ausführungen
liefert die in den 7 und 8 gezeigte Ausführung wahlweise
eine wirksame gegenläufig drehende
Trägheit,
die im Wesentlichen die wirksame vorwärts drehende Trägheit ausgleicht,
um Reaktionsmoment an dem feststehenden Antriebstrangaufbau zu reduzieren
oder zu beseitigen. Die Fähigkeit,
die gegenläufig
drehende Trägheit
basierend auf den Motorbetriebsmodi, -bedingungen und/oder -parametern
zu reduzieren oder zu beseitigen, bietet eine Reihe von Vorteilen
in Bezug auf Systembeschleunigungsleistung, Reduzierung von Konstruktionsanforderungen
und Verschleiß an
den gegenläufig
drehenden Komponenten und Kupplungsvorrichtungen und die Verwendbarkeit
von Trägheitskomponenten
kleinerer Größe und Masse.
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Eine
andere Ansicht des in den 7 und 8 gezeigten
Systems wird in 9 in teilweisem Querschnitt
eines Motors und eines Automatikgetriebes gezeigt. In dieser Ansicht
umfassen ein Motor 520 und ein Getriebe 522 eine
zugehörige
wahlweise in Eingriff bringbare gegenläufig drehende Trägheitsvorrichtung 524,
die durch eine Maschine oder eine einfache drehende Masse implementiert
werden kann, wie bezüglich
der anderen Ausführungen
beschrieben wurde. Die Ansicht von 9 umfasst
einen Transportaufbau 530, der um einen Zapfen 532 schwenkt,
welcher den Transportaufbau 530 mit einem Zylinderblockaufbau 534 des
Motors 520 kuppelt, um die durch die Maschine oder Masse 546 vorgesehene
gegenläufig
drehende Trägheit
wahlweise in und aus dem Eingriff zu bringen. Die Vorrichtung 546 ist
an der Welle 536 befestigt, welche für die Drehung in dem Transportaufbau 530 durch
zugehörige Lager 538, 540 und 542 gelagert
wird. Eine Antriebsriemenscheibe 480 ist für die Drehung
mit der Welle 536 befestigt und arbeitet mit einem zugehörigen Antriebsriemen 482 zusammen,
um die Antriebsvorrichtung 524 wahlweise anzutreiben. Die
Riemensteuerklemme 490 ist in dieser Ansicht nicht gezeigt.
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Wie
ebenfalls in 9 gezeigt wird, umfasst der
Motor 520 eine für
das Drehen mit der Kurbelwelle durch Schrauben 566 befestigte
Flexplatte 564. Die Flexplatte 564 umfasst eine
eingebaute oder einstückig
vorgesehene Riemenscheibe 484 großen Durchmessers zum Greifen
mit dem Riemen 482, wenn die Vorrichtung 524 aus
der (dargestellten) ausgerückten
Stellung mit Hilfe einer zugehörigen Klemmkraft 560 in
die Eingriffstellung geschwenkt wird. Die Flexplatte 564 ist
in herkömmlicher
Weise mit einem Drehmomentwandler 570 eines Getriebes 522 durch
Zapfen 572 gekuppelt.
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Bei
Betrieb wird die Vorrichtung um den Zapfen 532 aus der
(dargestellten) ausgerückten
Stellung durch die Klemmkraft 560 in die Eingriffstellung geschwenkt,
so dass die Achse 554 der Welle 536 im Wesentlichen
parallel zur Kurbelwellenachse 574 und dem Riemen 482 ist,
der die Riemenscheibe 484 berührt. In Eingriffstellung treibt
die Drehung der Flexplatte 564 und der Riemenscheibe 484 großen Durchmessers
den Riemen 482 und die Antriebsriemenscheibe 480 zur
Drehung in die Gegenrichtung an. Die Riemenscheibe 480 und
die Trägheitskomponente 546 sind
an einer gemeinsamen Welle 536 angebracht, um die gegenläufig drehende
Trägheit zu
erzeugen. Wenn Motordrehzahl, Betriebsmodus oder andere Motor- oder
Umgebungsbetriebsbedingungen dies fordern, wird die Klemmkraft 560 entfernt,
damit die Vorrichtung 524 wie dargestellt in die ausgerückte Stellung
schwenken kann. Wie bereits beschreiben kann die Vorrichtung 524 bei
Implementierung durch eine Maschine als integraler Starter/Generator
funktionieren, um Motoranlassen (Ersetzen eines herkömmlichen
Anlassermotors), Fahrzeuganfahrhilfe und/oder regeneratives Bremsen
zu bieten.
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In
einer alternativen Ausführung
unter Einbeziehen einer Direktantriebsanordnung für eine wahlweise
in Eingriff bringbare gegenläufig
drehende Trägheit
ist ein Transport mit Rad mit Gummiprofil, welches für die Drehung
mit einer Trägheitskomponente
angebracht ist, von einer ausgerückten
Stellung zu einer Eingriffstellung bewegbar, wobei das Profilrad
in Berührung
mit der Riemenscheibe großen
Durchmessers steht, um das Rad reibend anzutreiben und eine gegenläufige Drehung
der Trägheitskomponenten
vorzusehen. Bei dieser Art von Antriebsanordnung wird auf Riemen
und Spannriemenscheibe(n) verzichtet.
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Daher
gibt die vorliegende Erfindung verschiedene Systeme und Verfahren
für das
Steuern der Trägheitsmomentreaktion
unter Verwendung einer wahlweise in Eingriff bringbaren gegenläufig drehenden
Trägheit
zum Reduzieren oder Ausschalten der Drehmomentreaktion an dem Antriebsstrangaufbau
und zur Verbesserung der Leistung bezüglich Geräuschbildung, Schwingung und
Rauheit (NVH) an die Hand. Das wahlweise außer Eingriffbringen der gegenläufig drehenden
Trägheit
bei höheren
Motordrehzahlen reduziert jegliche nachteilige Auswirkung auf die
Systemleistung und -reaktion, reduziert damit verbundene Reibung
und Verschleiß der
Kupplungsvorrichtung und der gegenläufig drehenden Trägheit und
erleichtert die Verwendung eines Differentials positiver Geschwindigkeit,
um die Geschwindigkeit der gegenläufig drehenden Trägheit bezogen auf
die Kurbelwelle zu erhöhen,
so dass die wirksame Trägheit
im Wesentlichen auf die kleineren und weniger schweren Komponenten
abgestimmt werden kann.
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Zwar
wurde eingehend die beste Art der Ausführung der Erfindung beschrieben,
doch der mit dem diese Erfindung betreffenden Gebiet vertraute Fachmann
wird verschiedene alternative Entwicklungen und Ausführungen
für das
Ausüben
der in den folgenden Patentansprüchen
definierten Erfindung ausmachen.