-
Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle,
einem Getriebe, einer Startvorrichtung und einem zwischen der Kurbelwelle
und dem Getriebe angeordneten Schwungrad, das modular aufgebaut
ist.
-
Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
derartigen Brennkraftmaschine.
-
Zunächst soll
auf die explizit genannten Bauteile der Brennkraftmaschine eingegangen
werden.
-
Die
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nimmt die Pleuelstangenkräfte auf,
die sich aus den Gaskräften
infolge der Kraftstoffverbrennung im Brennraum und den Massenkräften infolge
der ungleichförmigen
Bewegung der Triebwerksteile zusammensetzen. Dabei wird die oszillierende
Hubbewegung insbesondere des Kolbens in eine rotierende Drehbewegung
der Kurbelwelle transformiert. Die Kurbelwelle überträgt dabei das Drehmoment auch auf
das in der Regel unmittelbar mit der Kurbelwelle verbundene Schwungrad
und leitet das Drehmoment als Antriebsmoment via Getriebe in den
Antriebsstrang.
-
Die
Kurbelwelle besitzt eine bestimmte Drehelastizität und bildet zusammen mit den
angelenkten Bauteilen, insbesondere den Pleuelstangen und Kolben,
ein schwingungsfähiges
System, welches durch die an den Kurbelzapfen angreifenden Gas- und
Massenkräften
zu Drehschwingungen angeregt wird.
-
Um
diese Drehschwingungen zu dämpfen, können Drehschwingungsdämpfer d.
h. Torsionsschwingungsdämpfer
vorgesehen werden. Infolge einer Relativbewegung der Masse des Schwingungsdämpfers zur
Kurbelwelle wird ein Teil der Drehschwingungsenergie durch Reibungsarbeit
abgebaut.
-
Zur
Minderung der Drehzahlschwankungen wird zudem die Masse des beschriebenen,
schwingungsfähigen
Systems grundsätzlich
durch die Anordnung eines Schwungrades auf der Kurbelwelle erhöht. Infolge
der größeren Masse
verfügt
das System über
eine erhöhte
Trägheit.
Die Drehbewegung der Kurbelwelle wird gleichförmiger, da das System insgesamt
weniger anfällig
für ungewollte
Drehzahlschwankungen ist.
-
Das
Schwungrad speichert Energie und gibt diese bei sinkender Drehzahl
wieder an die Kurbelwelle ab. D. h. das als Energiespeicher dienende Schwungrad
gibt Energie an die Kurbelwelle ab, sobald es verzögert wird,
und verleiht der Kurbelwelle und dem gesamten System damit eine
gewisse Trägheit,
indem es versucht, durch Energieabgabe der Verzögerung entgegenzuwirken und
die Bewegung aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise wirkt das Schwungrad
bei Verzögerungen,
aber auch bei Beschleunigungen für
einen ruhigen und gleichförmigen Lauf
der Kurbelwelle und der mit der Kurbelwelle gekoppelten Bauteile.
Unbeabsichtigte Drehzahlschwankungen werden verhindert bzw. vermindert.
-
Günstig wirkt
sich das Schwungrad bzw. die hohe Masse daher auch bei Fehlzündungen
und Zündaussetzern
aus. Infolge der Trägheit
des Schwungrades bleibt die Drehbewegung der Kurbelwelle mehr oder
weniger erhalten d. h. die Drehbewegung wird nur geringfügig gestört, da einer
Drehzahländerung
entgegengewirkt wird.
-
Nach
dem Stand der Technik erfolgt die Auslegung des Schwungrades, insbesondere
die Dimensionierung d. h. die Festlegung der Schwungradmasse, im
Hinblick auf die Drehzahlschwankung, die unter Vollastbedingungen
bei niedrigen Drehzahlen als maximal zulässig angesehen wird. Dies führt zu einer vergleichsweise
großen
Schwungradmasse, die eine unerwünschte
Geräuschentwicklung
im unteren Drehzahlbereich verursacht, welche durch Resonanzen im
Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe hervorgerufen
wird.
-
Den
beschriebenen Effekten kann nach dem Stand der Technik dadurch entgegen
getreten werden, dass das Schwungrad als Zweimassen-Schwungrad ausgebildet
wird, welches dann zusätzlich
die Funktion eines Schwingungsdämpfers übernimmt,
welcher die Drehschwingungen zwischen Kupplung und Antrieb mindert.
In der Regel ist das Schwungrad auf der einen Seite an der Kurbelwelle
befestigt und auf der anderen Seite über die Kupplung mit dem Getriebe
verbunden.
-
Die
vergleichsweise geringe Primärmasse des
Zweimassen-Schwungrades bedingt zwangsläufig größere Drehzahlschwankungen im
unteren Drehzahlbereich, was die Haltbarkeit und die Funktionssicherheit,
insbesondere eines von der Kurbelwelle angetriebenen Zugmitteltriebes,
negativ beeinträchtigt. Zudem
beeinflußt
die höhere
Gesamtmasse des Zweimassen-Schwungrades bzw. dessen Trägheit sowohl
den Start der Brennkraftmaschine als auch das Ansprechverhalten
der Brennkraftmaschine bei einem instationären Betrieb nachteilig.
-
Eine
betriebspunktspezifisch optimierte Schwungradmasse variiert für unterschiedliche
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, so dass die unveränderbare
Schwungradmasse eines herkömmlichen
Schwungrades immer einen Kompromiß darstellt d. h. nicht sämtlichen
Anforderungen unter den sich ändernden
Betriebsbedingungen gerecht werden kann. Hierzu wird im Folgenden
Stellung genommen, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei
Verwendung des Begriffs ”Schwungradmasse” nicht
nur auf das reine Gewicht des Schwungrades, sondern vielmehr auf
die bezüglich
der Kurbelwellenlängsachse
vorliegende Trägheit
des Schwungrades abgestellt wird.
-
Im
Hinblick auf das Starten der Brennkraftmaschine wird eine kleinere
Schwungradmasse bzw. eine geringere Trägheit des Schwungrades bevorzugt,
um ein Starten unter möglichst
geringem Energieaufwand d. h. Kraftstoffeinsatz zu ermöglichen und
um den Startvorgang zu verkürzen
bzw. schnell starten zu können.
-
Zu
berücksichtigen
ist dabei auch, dass die Anzahl der Starts bzw. Neustarts einer
Brennkraftmaschine zunimmt, da moderne Konzepte zur Verbesserung
des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeuges vorsehen, die Brennkraftmaschine – statt
sie im Leelauf weiter zu betreiben – abzuschalten, wenn kein momentaner
Leistungsbedarf besteht. In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest
bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird.
Ein Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise
im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen
Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und
nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen nicht mehr die Ausnahme,
sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und
dergleichen. Insofern gewinnt der Startvorgang der Brennkraftmaschine
zunehmend an Bedeutung.
-
Nach
Beendigung des Startvorganges d. h. sobald die Drehung der Kurbelwelle
infolge der Verbrennung von Kraftstoff aufrechterhalten wird, ist
hingegen eine größere Schwungradmasse
bzw. ein Schwungrad höherer
Trägheit
vorteilhaft, um die Drehzahlschwankungen bei niedrigen Drehzahlen
zu beschränken.
Dies auch, weil eine Brennkraftmaschine in der Regel gerade im unteren
Drehzahlbereich zu größeren Drehzahlschwankungen
neigt.
-
Mit
zunehmender Drehzahl wird dann wieder eine kleinere Schwungradmasse
bzw. ein Schwungrad geringerer Trägheit bevorzugt, um die Torsionseigenfrequenz
des schwingungsfähigen
Systems aus Kurbelwelle und Schwungrad anzuheben. Dabei nimmt die
Torsionseigenfrequenz mit abnehmender Schwungradmasse zu. Ideal
wäre eine
Schwungradmasse, die zu einer Torsionseigenfrequenz oberhalb der
maximalen Drehzahl der Brennkraftmaschine führt, so dass keine Resonanz
mehr auftritt d. h. zu beobachten ist.
-
Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Brennkraftmaschine mit Schwungrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 d. h. der gattungsbildenden Art bereitzustellen, welche den oben
dargelegten Zielsetzungen Rechnung trägt.
-
Eine
weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
-
Gelöst wird
die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle,
einem Getriebe, einer Startvorrichtung und einem zwischen Kurbelwelle
und Getriebe angeordneten Schwungrad, das modular aufgebaut ist,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schwungrad als Planetengetriebe
ausgebildet ist.
-
Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen der
Brennkraftmaschine, bei denen das als Planetengetriebe ausgebildete
Schwungrad ein außenliegendes
innenverzahntes drehbares Hohlrad, ein mit der Kurbelwelle verbundenes
außenverzahntes
Sonnenrad, einen drehbaren Planetenträger und mindestens drei außenverzahnte
an dem Planetenträger
drehbar gelagerte Planetenräder
umfaßt,
welche zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad und in diesen Rädern kämmend angeordnet
sind.
-
Die
erfindungsgemäße Ausbildung
des Schwungrades als Planetengetriebe führt zu einem Schwungrad mit
variabler d. h. veränderbarer
Masse, die an die momentanen Betriebsparameter d. h. den gerade
vorliegenden Betriebsmodus der Brennkraftmaschine angepaßt werden
kann.
-
Das
Schwungrad der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
umfaßt
mehrere Schwungradsegmente, von denen zwei Segmente, nämlich der Planetenträger und
das Hohlrad, die tatsächlich
wirksame Schwungradmasse bilden können d. h. bei umlaufender
Kurbelwelle rotieren und als Schwungrad fungieren.
-
Dabei
weist das außenliegende
Hohlrad die größere Trägheit auf,
weshalb es bei niedrigen Drehzahlen eingesetzt werden sollte bzw.
wird. Hingegen weist der Planetenträger die geringere Trägheit auf und
sollte daher bei höheren
Drehzahlen und während
des Startens der Brennkraftmaschine als Schwungrad verwendet werden.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine
Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche die Verwendung d. h. den
Einsatz unterschiedlicher Schwungradmassen und damit einer betriebspunktspezifisch
optimierten Schwungradmasse gestattet.
-
Die
Funktionsweise d. h. Arbeitsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten
Schwungrades wird noch näher
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
-
Um
zwischen dem Hohlrad und dem Planetenträger als wirksamer Schwungradmasse
wechseln zu können,
müssen
Arretier- und Bremseinrichtungen vorgesehen werden, auf die im Zusammenhang
mit der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsformen
gemäß den Unteransprüchen eingegangen
wird.
-
Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine, bei denen die Startvorrichtung und der Planetenträger drehfest
koppelbar sind. Diese Ausführungsform
ermöglicht
den Einsatz des Planetenträgers
als wirksames Schwungradsegment im Rahmen des Startvorganges. Die
Startvorrichtung treibt im gekoppelten Zustand den Planetenträger an, wobei
die in dem Träger
gelagerten Planetenräder bei
gleichzeitig fixiertem d. h. arretiertem Hohlrad die Kurbelwelle
via Sonnenrad in Drehung versetzen.
-
Nach
Beendigung des Startvorganges können
Startvorrichtung und Planetenträger
entkoppelt werden. Im unteren Drehzahlbereich, in dem das Hohlrad
als Schwungrad fungieren soll und der Planetenträger bevorzugt stillsteht, ist
eine Entkopplung nicht zwingend erforderlich. Bei höheren Drehzahlen sollte
aber eine Entkopplung von Startvorrichtung und Planetenträger vorliegen,
wenn der Planetenträger
wieder als Schwungrad eingesetzt wird.
-
Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine, bei denen eine erste Arretiervorrichtung
vorgesehen ist, mit der das Hohlrad drehfest arretierbar ist. Um
das Hohlrad – beispielweise während des
Startens wie oben beschrieben – zu
fixieren, ist eine Arretiervorrichtung erforderlich. Dabei muß die Arretiervorrichtung
das Hohlrad derart fixieren, dass die über die im innenverzahnten
Hohlrad kämmenden
Planetenräder
ausgeübten
Kräfte
bzw. Momente aufgenommen werden können. Die Planetenräder stützen sich
nämlich
bei stillstehendem d. h. arretiertem Hohlrad an dem Hohlrad ab und
zwar sowohl während
des Startens als auch bei hohen Drehzahlen im Betrieb der Brennkraftmaschine.
-
Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine, bei denen eine zweite Arretiervorrichtung
vorgesehen ist, mit der der Planetenträger drehfest arretierbar ist.
Um den Planetenträger
im unteren Drehzahlbereich nach Beendigung des Startvorganges fixieren
zu können,
ist eine zweite Arretiervorrichtung erforderlich.
-
Dabei
muß diese
zweite Arretiervorrichtung den Planetenträger wiederum in der Art fixieren,
dass die im außenverzahnten
Sonnenrad kämmenden Planetenräder das
innenverzahnte Hohlrad bei umlaufender Kurbelwelle in Drehung versetzen
können, wobei
die Planetenräder
um stationäre
Drehachsen rotieren.
-
Um
den Planetenträger
nach Beendigung des Startvorganges mittels Arretiervorrichtung fixieren
zu können,
muß der
von der Startvorrichtung angetriebene Planetenträger zum Stillstand gebracht
d. h. verzögert
werden. In analoger Weise muß das
im unteren Drehzahlbereich als Schwungradmasse umlaufende Hohlrad
bei zunehmender Drehzahl bzw. bei Überschreiten einer vorgebbaren
Grenzdrehzahl nGrenz abgebremst werden,
um das Hohlrad arretieren zu können
und den Planetenträger
erneut als Schwungrad einzusetzen.
-
Vorteilhaft
sind daher Ausführungsformen der
Brennkraftmaschine, bei denen zur Minderung der Drehzahl des Hohlrades
eine erste Bremseinrichtung vorgesehen ist. Ebenso sind Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen zur Minderung der
Drehzahl des Planetenträgers eine
zweite Bremseinrichtung vorgesehen ist.
-
Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine, bei denen die erste Arretiervorrichtung
und die erste Bremseinrichtung ein integrales Bauteil bilden.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform
dient lediglich ein einzelnes Bauteil sowohl zur Verzögerung als auch
zur Arretierung des Hohlrades. Eine derartige Vorrichtung könnte beispielsweise
ein Band umfassen, welches das Hohlrad auf der äußeren Mantelfläche teilweise
umschlingt, wobei das Band zur Minderung der Drehzahl und zum Arretieren
mehr oder weniger fest gespannt wird. Ein einzelnes integrales Bauteil
bietet Vorteile nicht nur hinsichtlich des Raumbedarfs und des Gewichts,
sondern auch in bezug auf die Kosten.
-
In ähnlicher
Weise könnten
die zweite Arretiervorrichtung zum Fixieren des Planetenträgers und die
zweite Bremseinrichtung zur Verminderung der Drehzahl des Planetenträgers als
integrales Bauteil ausgebildet werden.
-
Daher
sind ebenfalls Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die zweite Arretiervorrichtung
und die zweite Bremseinrichtung ein integrales Bauteil bilden.
-
Die
zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der zuvor genannten
Art aufzuzeigen, wird gelöst
durch ein Verfahren, bei dem ausgehend vom Stillstand der Brennkraftmaschine
- – das
Hohlrad mittels der ersten Arretiervorrichtung arretiert wird,
- – die
Startvorrichtung und der Planetenträger gekoppelt werden, und
- – die
Startvorrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine aktiviert wird,
wodurch der mit der Startvorrichtung gekoppelte Planetenträger in Drehung
versetzt wird, so dass die Planetenräder und das mit der Kurbelwelle
drehfest verbundene Sonnenrad rotieren und die Kurbelwelle umläuft.
-
Das
im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte
gilt ebenfalls für
das erfindungsgemäße Verfahren,
weshalb an dieser Stelle Bezug genommen wird auf die zu der Brennkraftmaschine
gemachten Ausführungen.
-
Zum
Starten der Brennkraftmaschine wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt
das Hohlrad mittels der ersten Arretiervorrichtung arretiert und die
Startvorrichtung mit dem Planetenträger gekoppelt. Letzteres kann
beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein auf der Starterwelle angeordnetes
Zahnrad mit einer am Planetenträger
vorgesehenen Verzahnung durch Einrücken in Eingriff gebracht wird.
-
In
einem zweiten Verfahrensschritt wird dann die Startvorrichtung aktiviert.
Der mit der Startvorrichtung gekoppelte Planetenträger wird
dadurch angetrieben d. h. in Drehung versetzt, wobei der Planetenträger als
Mitnehmer für
die Planetenräder
dient. Infolge des arretierten Hohlrades rotieren die Planetenräder in der
Art, dass sie sich am Hohlrad abstützen d. h. in der Innenverzahnung
des Hohlrades abrollen und gleichzeitig das mit der Kurbelwelle
drehfest verbundene Sonnenrad mitnehmen, wodurch das Sonnenrad und
die Kurbelwelle umlaufen.
-
Im
Rahmen des Startvorganges d. h. im Betriebsmodus ”Starten
der Brennkraftmaschine” fungiert
der leichtere bzw. weniger träge
Planetenträger als
wirksame Schwungradmasse, wodurch ein schnelles, kraftstoffsparendes
Starten gewährleistet wird.
-
Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen die Startvorrichtung deaktiviert wird,
sobald die Drehung der Kurbelwelle infolge der Verbrennung von Kraftstoff
aufrechterhalten wird, und
- – die Startvorrichtung und
der Planetenträger
entkoppelt werden,
- – die
Arretierung des Hohlrades mittels der ersten Arretiervorrichtung
aufgehoben wird, und
- – der
Planetenträger
mittels der zweiten Bremseinrichtung verzögert und mittels der zweiten
Arretiervorrichtung arretiert wird, so dass die Planetenräder und
damit das Hohlrad durch das mit der umlaufenden Kurbelwelle drehfest
verbundene Sonnenrad in Drehung versetzt werden.
-
Diese
Verfahrensvariante betrifft den Betrieb der Brennkraftmaschine im
Betriebsmodus ”Betreiben
der Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen”. Unmittelbar nach Beendigung
des Startvorganges wird die Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen
bzw. mit der Leerlaufdrehzahl betrieben, so dass – wie oben
ausführlich
dargelegt wurde – eine größere Schwungradmasse
d. h. ein Schwungrad mit größerer Trägheit bevorzugt
wird. Hierzu wird von dem Planetenträger als wirksamer Schwungradmasse
zum Hohlrad gewechselt.
-
Sobald
die Drehung der Kurbelwelle mittels Verbrennung von Kraftstoff aufrechterhalten
wird, ist der Startvorgang beendet. Die Startvorrichtung wird deaktiviert
und die Startvorrichtung und der Planetenträger werden entkoppelt.
-
Die
Arretierung des Hohlrades mittels der ersten Arretiervorrichtung
wird aufgehoben, und der Planetenträger wird mittels der zweiten
Bremseinrichtung verzögert
und mittels der zweiten Arretiervorrichtung arretiert. Die infolge
der Befeuerung der Brennkraftmaschine d. h. der Verbrennung von
Kraftstoff umlaufende Kurbelwelle treibt das mit ihr drehfest verbundene
Sonnenrad an, wodurch die Planetenräder und – bei arretiertem Planetenträger – das Hohlrad
in Drehung versetzt werden.
-
Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen mit zunehmender Drehzahl n der Brennkraftmaschine
die Arretierung des Planetenträgers
mittels der zweiten Arretiervorrichtung aufgehoben wird, und das
Hohlrad mittels der ersten Bremseinrichtung verzögert und mittels der ersten
Arretiervorrichtung arretiert wird, sobald die Drehzahl n eine vorgebbare
Grenzdrehzahl nGrenz überschreitet, so dass die Planetenräder und
damit der Planetenträger durch
das mit der umlaufenden Kurbelwelle drehfest verbundene Sonnenrad
in Drehung versetzt werden.
-
Im
Betriebsmodus ”Betreiben
der Brennkraftmaschine bei höheren
Drehzahlen” wird
wieder eine kleinere Schwungradmasse d. h. ein Schwungrad mit geringerer
Trägheit
bevorzugt, weshalb vom Hohlrad als wirksamer Schwungradmasse auf
den Planetenträger
gewechselt wird.
-
Hierzu
wird die Arretierung des Planetenträgers mittels der zweiten Arretiervorrichtung
aufgehoben und das Hohlrad mittels der ersten Bremseinrichtung verzögert und
mittels der ersten Arretiervorrichtung arretiert.
-
Für den Übergang
vom Hohlrad auf den Planetenträger
als Schwungrad wird eine Drehzahl nGrenz,
die als Grenzdrehzahl bezeichnet wird, vorgegeben. Dabei erfolgt
der Übergang
bzw. das Umschalten von einem Schwungradsegment auf das andere vorzugsweise
stetig d. h. kontinuierlich, wodurch auch das transiente Betriebsverhalten
verbessert wird bzw. vom Umschaltvorgang unbeeinflußt bleibt.
-
Vorteilhaft
sind aus diesem Grund auch Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen die Verzögerung mittels Bremseinrichtung
kontinuierlich durchgeführt
wird.
-
Eine
Kupplung kann zwischen der Kurbelwelle bzw. dem Sonnenrad und dem
Getriebe vorgesehen werden.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1 bis 3 näher beschrieben.
Hierbei zeigt:
-
1 schematisch
in einer Frontansicht das Schwungrad einer ersten Ausführungsform
der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebsmodus,
-
2 schematisch
in einer Frontansicht das Schwungrad der in 1 dargestellten
ersten Ausführungsform
der Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebsmodus, und
-
3 schematisch
in einer Frontansicht das Schwungrad der in 1 dargestellten
ersten Ausführungsform
der Brennkraftmaschine in einem dritten Betriebsmodus.
-
1 zeigt
schematisch in einer Frontansicht das Schwungrad 1 einer
ersten Ausführungsform
der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebsmodus und zwar im
Betriebsmodus ”Starten
der Brennkraftmaschine”.
-
Das
Schwungrad 1 ist als Planetengetriebe 2 ausgebildet
und umfaßt
mehrere bewegliche bzw. bewegbare Schwungradsegmente, nämlich ein
außenliegendes
innenverzahntes drehbares Hohlrad 3, ein mit einer Kurbelwelle
verbundenes außenverzahntes
und zentral angeordnetes Sonnenrad 4, einen drehbaren ringförmigen Planetenträger 5 und drei
außenverzahnte
Planetenräder 6,
die an dem Planetenträger 5 drehbar
gelagert und regelmäßig zueinander
beabstandet angeordnet sind.
-
Die
Planetenräder 6 befinden
sich ständig mit
dem außenliegenden
Hohlrad 3 und dem zentral angeordneten Sonnenrad 4 in
Eingriff d. h. die Planetenräder 6 kämmen in
diesen Rädern.
-
Beim
Starten der Brennkraftmaschine bildet der Planetenträger 5 die
wirksame Schwungradmasse. Das Hohlrad 3 wird drehfest arretiert
und eine zum Starten vorgesehene Startvorrichtung mit dem Planetenträger 5 gekoppelt.
Bei Aktivierung der Startvorrichtung wird der mit der Startvorrichtung
gekoppelte Planetenträger 5 angetrieben
d. h. in Drehung versetzt (Pfeil zeigt die Drehrichtung).
-
Die
Planetenräder 6 werden
vom Planetenträger 5 mitgenommen
und rotieren um ihre Drehachse im Planetenträger 5 (Pfeil zeigt
die Drehrichtung). Dabei rollen die Planetenräder 6 im innenverzahnten Hohlrad 3 ab,
so dass das mit der Kurbelwelle drehfest verbundene Sonnenrad 4 und
die Kurbelwelle in Drehung versetzt werden (Pfeile zeigen die Drehrichtung).
-
Beim
Starten dient der weniger träge
Planetenträger 5d.
h. der Planetenträger 5 mitsamt
den Planetenrädern 6 als
wirksame Schwungradmasse, wodurch ein schnelles, kraftstoffsparendes
Starten gewährleistet
wird.
-
2 zeigt
schematisch in einer Frontansicht das Schwungrad 1 der
in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine
in einem zweiten Betriebsmodus d. h. im Betriebsmodus ”Betreiben
der Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen”. Es sollen nur die Unterschiede
zu dem in 1 dargestellten Betriebsmodus
erörtert
werden, weshalb im übrigen
bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden
dieselben Bezugszeichen verwendet.
-
Im
Gegensatz zu dem Betriebsmodus der 1 dient
bei dem in 2 dargestellten Betriebsmodus
das Hohlrad 3 als wirksame Schwungradmasse und nicht der
Planetenträger 5.
-
Sobald
die Drehung der Kurbelwelle infolge der Verbrennung von Kraftstoff
aufrechterhalten wird, kann von dem Planetenträger 5 als wirksamer Schwungradmasse
zum Hohlrad 3 gewechselt werden. Ist der Startvorgang beendet,
wird der Planetenträger 5 von
der Startvorrichtung entkoppelt, mittels einer Bremseinrichtung
verzögert
und drehfest arretiert. Die Arretierung des Hohlrades 3 wird
aufgehoben.
-
Die
umlaufende Kurbelwelle treibt das mit ihr drehfest verbundene Sonnenrad 4 an,
wodurch die Planetenräder 6 und – bei arretiertem
Planetenträger 5 – das Hohlrad 3 in
Drehung versetzt werden (Pfeile zeigen die Drehrichtung).
-
3 zeigt
schematisch in einer Frontansicht das Schwungrad der in 1 dargestellten
ersten Ausführungsform
der Brennkraftmaschine in einem dritten Betriebsmodus und zwar im
Betriebsmodus ”Betreiben
der Brennkraftmaschine bei höheren Drehzahlen”. Es sollen
nur die Unterschiede zu den in den 1 und 2 dargestellten
Betriebsmodi erörtert
werden, weshalb im übrigen
bezug genommen wird auf die 1 und 2.
Für dieselben Bauteile
wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
-
Im
Gegensatz zu dem Betriebsmodus der 2 dient
bei dem in 3 dargestellten Betriebsmodus
der Planetenträger 5 als
wirksame Schwungradmasse und nicht das Hohlrad 3.
-
Sobald
die Drehzahl n der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Grenzdrehzahl
nGrenz überschreitet,
wird die Arretierung des Planetenträgers 5 aufgehoben
und das Hohlrad 3 verzögert
und arretiert.
-
Die
Planetenräder 6 und
damit der Planetenträger 5 werden
durch das mit der umlaufenden Kurbelwelle drehfest verbundene Sonnenrad 4 in
Drehung versetzt. Bezüglich
der Bewegung und Drehrichtung der einzelnen Schwungradsegmente wird auf 1 verwiesen.
-
- 1
- Schwungrad
- 2
- Planetengetriebe
- 3
- Hohlrad
- 4
- Sonnenrad
- 5
- Planetenträger
- 6
- Planetenrad