DE102008061882A1

DE102008061882A1 - Brennkraftmaschine mit einem Nebenaggregatetrieb

Info

Publication number: DE102008061882A1
Application number: DE200810061882
Authority: DE
Inventors: Bernd Hartmann; Florian Vogelgesang
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-17
Also published as: WO2010066520A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Nebenaggregatetrieb (1), über welchen mindestens ein Nebenaggregat betreibbar ist und welcher mit einer Kurbelwelle (2) in Verbindung steht, wobei zwischen der Kurbelwelle (2) und dem Nebenaggregatetrieb (1) ein stufenloses Getriebe (4) vorgesehen ist, um eine Drehzahl der Kurbelwelle (2) in eine für das mindestens eine Nebenaggregat geeignete Drehzahl variabel zu übersetzen, wobei ferner das stufenlose Getriebe (4) derart ausgebildet ist, dass auf einer mit der Kurbelwelle (2) verbundenen Antriebswelle (3) mehrere Exzenterbauteile (5a-5d) angeordnet sind, die jeweils bezüglich der Antriebswelle (3) mittels einer Betätigungseinrichtung gezielt in eine exzentrische Position bewegbar sind und an ihren radialen Erstreckungen jeweils über Kurbelelemente (6a-6d) mit zugehörigen Freilaufeinrichtungen (8a-8d) einer Abtriebswelle (7) des stufenlosen Getriebes (4) verbunden sind, wobei entsprechend der exzentrischen Positionen der Exzenterbauteile (5a-5d) zu der Antriebswelle (3) und einer hierdurch definierten Kurbellänge (h) eine Drehzahl der Antriebswelle (3) mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis in eine Drehzahl der Abtriebswelle (7) umsetzbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Nebenaggregatetrieb, über welchen mindestens ein Nebenaggregat betreibbar ist und welcher mit einer Kurbelwelle in Verbindung steht, wobei zwischen der Kurbelwelle und dem Nebenaggregatetrieb ein stufenloses Getriebe vorgesehen ist, um eine Drehzahl der Kurbelwelle in eine für das mindestens eine Nebenaggregat geeignete Drehzahl variabel zu übersetzen.
Hintergrund der Erfindung
Bei Brennkraftmaschinen werden Nebenaggregate, wie beispielsweise Kühlwasserpumpe, Generator und Klimakompressor, über einen oder mehrere Nebenaggregatetriebe betrieben, welche hierzu mit der Kurbelwelle der jeweiligen Brennkraftmaschine in Verbindung stehen. Dabei wird durch den Nebenaggregatetrieb, welcher in Form eines Zugmitteltriebes oder eines Rädertriebes ausgebildet sein kann, eine Drehzahl der Kurbelwelle auf eine Antriebswelle des jeweiligen Nebenaggregats mit einer definierten Übersetzung übertragen. Diese feste Übersetzung hat jedoch zur Folge, dass bestimmte Nebenaggregate je nach Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Nebenaggregatelast in sehr ungünstigen Betriebspunkten und mit hohen Verlustleistungen arbeiten. Um des Weiteren auch im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine den jeweils geforderten Bedarf zu decken, müssen bestimmte Nebenaggregate vergrößert ausgeführt oder mit einer bestimmten Übersetzung betrieben werden. Diese Wahl einer festen Übersetzung bzw. die vergrößerte Ausführung des Nebenaggregats sorgen bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine allerdings für einen unnötigen Überschuss und dementsprechend für Verluste.
Es gibt daher Konzepte von Brennkraftmaschinen, bei welchen ein Betrieb der jeweiligen, im Nebenaggregatetrieb angeordneten Nebenaggregate in einem schmalen, für sie geeigneten Drehzahlband und unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen kann.
Stand der Technik
Aus der DE 32 05 017 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Nebenaggregatetrieb bekannt, welcher über ein stufenloses Getriebe in Form eines stufenlosen Riemengetriebes mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Eine Veränderung der Übersetzung der Drehzahl der Kurbelwelle auf eine antriebsseitige Welle des Nebenaggregatetriebes kann nun erfolgen, indem ein Abstand zwischen Halbscheiben einer oder beider Riemenscheiben gezielt variiert wird, wodurch der jeweils wirksame Durchmesser zur Führung des Riemens wechselt.
Die Ausführung eines stufenlosen Getriebes für einen Nebenaggregatetrieb gemäß des Standes der Technik hat jedoch den Nachteil, dass aufgrund des zwischen Riemen und Riemenscheiben auftretenden Schlupfes ein Teil der über das Getriebe fließenden Leistung in Reibungswärme umgesetzt wird, was folglich für Verluste sorgt und den Wirkungsgrad des Systems vermindert. Des Weiteren kann bei dem Getriebe des Standes der Technik kein vollständiger Stillstand des Nebenaggregatetriebes bei laufender Brennkraftmaschine bewerkstelligt werden. Eine gezielte Abschaltung der Nebenaggregate ist aber insbesondere bei Beschleunigungsphasen der Brennkraftmaschine wünschenswert, um hierbei die Leistung effizient zur Beschleunigung des Kraftfahrzeuges zu nutzen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit einem Nebenaggregatetrieb zu schaffen, welcher über ein stufenloses Getriebe mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei dieses stufenlose Getriebe einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist und gleichzeitig eine komplette Abschaltung des Nebenaggregatetriebes bei laufender Brennkraftmaschine ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass das stufenlose Getriebe derart ausgebildet ist, dass auf einer mit der Kurbelwelle verbundenen Antriebswelle mehrere Exzenterbauteile angeordnet sind, welche jeweils bezüglich der Antriebswelle mittels einer Betätigungseinrichtung gezielt in eine exzentrische Position bewegbar sind. Zudem sind diese Exzenterbauteile an ihren radialen Erstreckungen jeweils über Kurbelelemente mit zugehörigen Freilaufeinrichtungen einer Abtriebswelle des stufenlosen Getriebes verbunden. Durch Einstellung von exzentrischen Positionen der Exzenterbauteile relativ zu der Antriebswelle wird eine bestimmte Kurbellänge definiert, was dazu führt, dass eine Drehzahl der Antriebswelle über die Kurbelelemente mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis in eine Drehzahl der Abtriebswelle umgesetzt wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung eines stufenlosen Getriebe ist es somit möglich, eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle entsprechend der jeweils gewählten, exzentrischen Positionen der Exzenterbauteile und des hierüber definierten Übersetzungsverhältnisses eine gewünschte Drehzahl der antriebsseitigen Welle des Nebenaggregatetriebes zu erzeugen. Dementsprechend können die in diesem Nebenaggregatetrieb angeordneten Nebenaggregate in einem schmalen Drehzahlband betrieben werden, wobei durch Rückbewegung der Exzenterbauteile in eine koaxiale Position bezüglich der Antriebswelle und eine damit verbundene Eliminierung der Kurbellänge ein Antrieb des Nebenaggregatetriebes vollständig ausbleiben kann. Dementsprechend ist es möglich, in Beschleunigungsphasen des Kraftfahrzeuges den Nebenaggregatetrieb nicht anzutreiben und die durch die Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellte Leistung somit effektiver für den Vortrieb des Kraftfahrzeuges zu nutzen. Ferner besteht die Möglichkeit, im Nebenaggregatetrieb lediglich einen Generator zu platzieren und diesen nur während des Schleppbetriebes der Brennkraftmaschine, also beispielsweise bei Bremsvorgängen des Fahrzeuges, zuzuschalten, um somit die Bewegungsenergie des Fahrzeuges effizient zur Stromerzeugung zu nutzen. Schließlich zeichnet sich das erfindungsgemäße, stufenlose Getriebe durch einen verbesserten Wirkungsgrad aus, da zwischen Antriebs- und Abtriebswelle bei der Übertragung eines Drehmoments kein Schlupf zwischen den Übertragungselementen auftritt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Exzenterbauteile in axialer Richtung der Antriebswelle nebeneinander liegend angeordnet. Dadurch ist es möglich, in radialer Richtung ein sehr kompakt bauendes Getriebe auszubilden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Exzenterbauteile mit exzentrisch platzierten Durchgangsbohrungen jeweils auf an der Antriebswelle ausgebildeten Kurbelzapfen aufgesetzt. Dadurch kann je nach Winkelstellung der Exzenterbauteile auf dem jeweiligen Kurbelzapfen die jeweils darstellbare Kurbellänge noch vergrößert werden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Betätigungseinrichtung nach Art einer Ritzelwelle ausgebildet, die koaxial zur Antriebswelle in dieser verläuft und bezüglich der Antriebswelle gezielt verdrehbar ist, wobei bei einer Verdrehung der Ritzelwelle die Exzenterbauteile über eine Verzahnung relativ zur Antriebswelle mitführbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Exzenterbauteile zuverlässig und auch unter Last in eine gewünschte exzentrische Position relativ zur Antriebswelle überführbar sind, um das jeweils gewünschte Übersetzungsverhältnis darzustellen.
In Weiterbildung der Erfindung stützt sich das stufenlose Getriebe an einem Gehäuse ab. Vorteilhafterweise werden hierdurch die Hauptlager der Kurbelwelle entlastet.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das stufenlose Getriebe sechs nebeneinander liegende Exzenterbauteile auf. Auf diese Art und Weise kann eine kontinuierliche Drehmomentübertragung auf die Abtriebswelle des stufenlosen Getriebes erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Nebenaggregatetrieb als Zugmitteltrieb mit einem Riemen oder einer Kette ausgebildet. Durch die Verwendung eines Riemens oder einer Kette kann das durch das stufenlose Getriebe zur Verfügung gestellte Drehmoment zuverlässig auch auf hierzu beabstandet angeordnete Nebenaggregate übertragen werden. Insbesondere ist es hierbei möglich, aufgrund des durch das stufenlose Getriebe darstellbare, schmale Drehzahlband des Nebenaggregatetriebes einen Riemen in Form eines Zahnriemens zu verwenden, wodurch prinzipiell die Vorspannkraft im Nebenaggregatetrieb reduziert und somit Verluste und Lagerlasten vermindert werden können.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich eines Nebenaggregatetriebes;
2 eine schematische Ansicht eines stufenlosen Getriebes der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; und
3 eine schematische Schnittansicht im Bereich einer Antriebswelle des stufenlosen Getriebes der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich eines Nebenaggregatetriebes 1 zu sehen. Bei dieser Brennkraftmaschine ist eine Kurbelwelle 2 mit einer Antriebswelle 3 eines stufenlosen Getriebes 4 verbunden. Auf dieser Antriebswelle 3 sind hierbei mehrere, in axiale Richtung nebeneinanderliegende Exzenterbauteile 5a bis 5d platziert, die bezüglich der Antriebswelle 3 gezielt in eine exzentrische Position bewegt werden können. An ihren radialen Erstreckungen stehen diese Exzenterbauteile 5a bis 5d über Kurbelelemente 6a bis 6d mit, auf einer Abtriebswelle 7 des stufenlosen Getriebes 4 platzierten Freilaufeinrichtungen 8a bis 8d in Verbindung.
Zum besseren Verständnis der Funktionsweise des stufenlosen Getriebes 4 ist in 2 eine schematische Ansicht dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, dass das Exzenterbauteil 5a auf einem Kurbelzapfen 9 der Antriebswelle 3 aufgesetzt ist, wobei entsprechend der exzentrischen Position des Exzenterbauteils 5a relativ zu der Antriebswelle 3 und einer hierdurch jeweils definierten Kurbellänge h über das Kurbelelement 6a eine entsprechend übersetzte Drehbewe gung der Abtriebswelle 7 eingeleitet wird. Durch die Freilaufeinrichtung 8a wird hierbei allerdings nur eine Übertragung eines Drehmoments von der Antriebswelle 3 auf die Abtriebswelle 7 ermöglicht, während im umgekehrten Fall eine Drehmomentübertragung durch die hierbei wirksam werdende Freilauffunktion unterbunden wird. Mittels der Abtriebswelle 7 wird die übersetzte Drehzahl letztendlich mittels einer auf ihr aufgesetzten Antriebsscheibe 10 auf den Nebenaggregatetrieb 1 übertragen.
In 3 ist eine schematische Schnittansicht orthogonal zur Längsmittelachse der Antriebswelle 3 zur Verdeutlichung einer Verstelleinrichtung der Exzenterbauteile 5a bis 5d dargestellt. Innerhalb der Antriebswelle 3 verläuft koaxial zu dieser eine Ritzelwelle 11, welche über eine Verzahnung 12 mit einer Innenverzahnung 13 des Exzenterbauteils 5a in Verbindung steht. Die Ritzelwelle 11 kann bezüglich der Antriebswelle 3 gezielt verdreht werden und führt hierbei über ihre Verzahnung 12 das Exzenterbauteil 5a mit sich, das hierdurch ebenfalls eine Relativverdrehung zu der Antriebswelle 3 ausführt. Dementsprechend kann je nach Verdrehung des Exzenterbauteils 5a relativ zu der Antriebswelle 3 dessen exzentrische Position variiert und damit die Kurbellänge h variiert werden.

1: Nebenaggregatetrieb
2: Kurbelwelle
3: Antriebswelle
4: stufenloses Getriebe
5a–5d: Exzenterbauteile
6a–6d: Kurbelelemente
7: Abtriebswelle
8a–8d: Freilaufeinrichtungen
9: Kurbelzapfen
10: Antriebsscheibe
11: Ritzelwelle
12: Verzahnung Ritzelwelle
13: Innenverzahnung Exzenterbauteil
h: Kurbellänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3205017 A1 [0004]

Claims

Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Nebenaggregatetrieb (1), über welchen mindestens ein Nebenaggregat betreibbar ist und welcher mit einer Kurbelwelle (2) in Verbindung steht, wobei zwischen der Kurbelwelle (2) und dem Nebenaggregatetrieb (1) ein stufenloses Getriebe (4) vorgesehen ist, um eine Drehzahl der Kurbelwelle (2) in eine für das mindestens eine Nebenaggregat geeignete Drehzahl Variabel zu übersetzen, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlose Getriebe (4) derart ausgebildet ist, dass auf einer mit der Kurbelwelle (2) verbundenen Antriebswelle (3) mehrere Exzenterbauteile (5a–5d) angeordnet sind, die jeweils bezüglich der Antriebswelle (3) mittels einer Betätigungseinrichtung gezielt in eine exzentrische Positionen bewegbar sind und an ihren radialen Erstreckungen jeweils über Kurbelelemente (6a–6d) mit zugehörigen Freilaufeinrichtungen (8a–8d) einer Abtriebswelle (7) des stufenlosen Getriebes (4) verbunden sind, wobei entsprechend der exzentrischen Positionen der Exzenterbauteile (5a–5d) zu der Antriebswelle (3) und einer hierdurch definierten Kurbellänge (h) eine Drehzahl der Antriebswelle (3) mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis in eine Drehzahl der Abtriebswelle (7) umsetzbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbauteile (5a–5d) in axialer Richtung der Antriebswelle (3) nebeneinander liegend angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbauteile (5a) mit exzentrisch platzierten Durchgangsbohrungen jeweils auf an der Antriebswelle (3) ausgebildeten Kurbelzapfen (9) aufgesetzt sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung nach Art einer Ritzelwelle (11) ausgebildet ist, die koaxial zur Antriebswelle (3) in dieser verläuft und bezüglich der Antriebswelle (3) gezielt verdrehbar ist, wobei bei einer Verdrehung der Ritzelwelle (11) die Exzenterbauteile (5a) über eine Verzahnung (12) relativ zur Antriebswelle (3) mitführbar sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das stufenlose Getriebe (4) an einem Gehäuse abstützt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlose Getriebe (4) 6 nebeneinander liegende Exzenterbauteile (5a–5d) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenaggregatetrieb (1) als Zugmitteltrieb mit einem Riemen oder einer Kette ausgebildet ist.