DE102010051145A1

DE102010051145A1 - Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010051145A1
Application number: DE102010051145A
Authority: DE
Inventors: James Antony Lethbridge
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2011-06-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine, die eine Kurbelwelle umfasst, die verstellbar gelagert ist, um ein variables Verdichtungsverhältnis darzustellen, und mit einem Getriebe, das eine Getriebeeingangswelle umfasst, die antriebsmäßig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kurbelwelle und die Getriebeeingangswelle gemeinsam um eine gemeinsame Drehachse drehbar in einer Lagereinrichtung gelagert sind, die verstellbar ist, um das Verdichtungsverhältnis zu ändern, wobei die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle und der Getriebeeingangselle verlagert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine, die eine Kurbelwelle umfasst, die verstellbar gelagert ist, um ein variables Verdichtungsverhältnis darzustellen, und mit einem Getriebe, das eine Getriebeeingangswelle umfasst, die antriebsmäßig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist.
Aus der europäischen Patentschrift EP 1 724 457 B1 ist ein Verdichtungsverhältnis-Veränderungsmechanismus mit einem variablen Ventilbetätigungsmechanismus bekannt. Darüber hinaus kann die Kurbelwelle exzentrisch gelagert werden, um ein variables Verdichtungsverhältnis darzustellen. Eine derartige exzentrische Lagerung der Kurbelwelle führt zu einem Achsversatz gegenüber einer feststehenden Getriebeeingangswelle. Des Weiteren ist es möglich, einen Zylinderkopf und einen Zylinder in einer Einheit zusammenzufassen, die lastabhängig um eine Achse zum Kurbelgehäuse schwenkbar ist, um das Verdichtungsverhältnis zu variieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Darstellung eines variablen Verdichtungsverhältnisses im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist bei einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine, die eine Kurbelwelle umfasst, die verstellbar gelagert ist, um ein variables Verdichtungsverhältnis darzustellen, und mit einem Getriebe, das eine Getriebeeingangswelle umfasst, die antriebsmäßig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, dadurch gelöst, dass die Kurbelwelle und die Getriebeeingangswelle gemeinsam um eine gemeinsame Drehachse drehbar in einer Lagereinrichtung gelagert sind, die verstellbar ist, um das Verdichtungsverhältnis zu ändern, wobei die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle verlagert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Problem eines unerwünschten Achsversatzes zwischen der Getriebeeingangswelle und der Kurbelwelle durch eine gemeinsame Lagerung der beiden Wellen in der erfindungsgemäßen Lagereinrichtung gelöst. Das liefert den Vorteil, dass überhaupt kein Achsversatz zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle auftritt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung exzentrisch ausgeführt und verdrehbar ist. Die Lagereinrichtung ist vorzugsweise so exzentrisch ausgeführt und verdrehbar, dass der Abstand zwischen mindestens einem Kolben der Brennkraftmaschine und der gemeinsamen Drehachse der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle mit Hilfe der Lagereinrichtung verstellbar ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als stufenlos verstellbares Getriebe ausgeführt ist. Das Getriebe kann als stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgeführt sein, das auch als CVT-Getriebe bezeichnet wird. Dabei bedeuten die Buchstaben CVT continuously variable transmission, was als stufenlos verstellbare Übersetzung bezeichnet werden kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle unter Verwendung von wenigstens einem auf der Getriebeeingangswelle vorgesehenen Exzenterantrieb und einer auf einer getriebenen Welle vorgesehenen Freilaufeinrichtung über mindestens ein Verbindungselement antriebsmäßig mit der getriebenen Welle verbunden ist. Das Getriebe entspricht vorzugsweise einem in der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 43 535 A1 beschriebenen stufenlosen Getriebe. Das Getriebe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Exzenterantrieb einen gegenüber der Rotationsachse der antreibenden Welle exzentrisch angeordneten Führungsbereich besitzt, auf dem verdrehbar ein Exzenterbauteil gelagert ist, auf dem wiederum das Verbindungselement verdrehbar gelagert ist. Ein derartiger Aufbau ermöglicht in besonders einfacher Weise eine stufenlose Verstellung der Exzentrizität des Exzenterantriebs durch Verdrehen des Exzenterbauteils relativ zu dem gegenüber der Rotationsachse der antreibenden Welle ebenfalls exzentrisch angeordneten Führungsbereich. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Exzenterantrieb mehrere Exzentereinheiten besitzt, die, bezogen auf die Rotationsachse der antreibenden Welle, nebeneinander beziehungsweise hintereinander angeordnet sind. Die antreibende Welle mit den darauf vorgesehenen Exzentereinheiten wirkt also ähnlich wie eine Kurbelwelle, deren Kurbelradius jedoch stufenlos verstellbar ist, und zwar zwischen einem maximalen Kurbelradius und einem minimalen Kurbelradius, der vorzugsweise auch den Wert Null einnahmen kann. Um dies zu gewährleisten, sind die Exzentrizitäten der Führungsbereiche und der darauf gelagerten Exzenterbauteile gegenüber der Rotationsachse der antreibenden Welle entsprechend abgestimmt. Die Abstimmung kann dabei derart erfolgen, dass bei entsprechender Verdrehung eines Exzenterbauteils gegenüber dem zugeordneten Führungsbereich die Mittellinie beziehungsweise die Achse des Exzenterbauteils mit der Rotationsachse der antreibenden Welle übereinstimmt, wodurch der vorerwähnte Kurbelradius zu Null wird und somit keine Bewegung auf die getriebene Welle beziehungsweise die wenigstens eine Freilaufeinrichtung übertragen wird.
Ein besonders kompakter Aufbau des Getriebes kann sich dadurch ergeben, dass die antreibende Welle eine axiale Ausnehmung besitzt, in die eine Verstellwelle eingreift, mittels der das Exzenterbauteil auf dem entsprechend zugeordneten Exzenterbereich verdrehbar ist. Die axiale Ausnehmung ist dabei vorzugsweise koaxial angeordnet zur Rotationsachse der antreibenden Welle. Durch das Ineinanderschachteln einzelner Bauteile kann eine raumsparende Auslegung des Getriebes erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Exzenterbauteil eine Ausnehmung besitzt zur Aufnahme des Führungsbereichs. Das Exzenterbauteil kann dabei unmittelbar auf dem entsprechend zugeordneten Führungsbereich verdrehbar gelagert sein. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, zwischen den beiden Bauteilen eine Lagerung wie zum Beispiel eine Gleitlagerung vorzusehen. Für den Aufbau des Getriebes kann es besonders vorteilhaft sein, wenn ein Exzenterbauteil im Bereich seiner Ausnehmung eine Innenverzahnung bildet. Diese Innenverzahnung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sie eine Lagerung des Exzenterbauteils auf dem zugeordneten Führungsbereich über die den Kopfkreis der Verzahnung begrenzenden Verzahnungsabschnitte ermöglicht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Kurbel-CVT-Getriebe ausgeführt ist. Als Kurbel-CVT-Getriebe wird ein Getriebe bezeichnet, wie es im vorangegangenen Abschnitt unter Bezugnahme auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 43 535 A1 beschrieben ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass ein derartiges Kurbel-CVT-Getriebe in Kombination mit der erfindungsgemäßen Lagereinrichtung und unter Beachtung der im Folgenden beschriebenen Besonderheiten besonders gut geeignet ist, um ein variables Verdichtungsverhältnis darzustellen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement im Wesentlichen senkrecht zu mindestens einer Pleuelstange angeordnet ist, durch welche die Kurbelwelle mit mindestens einem Kolben der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass sich die Übersetzung des Kurbel-CVT-Getriebes nicht oder nur geringfügig ändert, wenn das Verdichtungsverhältnis verstellt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle senkrecht zu einer Bewegungsachse eines Kolbens der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der Kolben bewegt sich im Betrieb der Brennkraftmaschine entlang der Bewegungsachse hin und her. Diese Hin- und Herbewegung des Kolbens wird über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen und in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle und die Drehachse der getriebenen Welle auf einer Geraden voneinander beabstandet sind, die senkrecht zur Bewegungsachse des Kolbens der Brennkraftmaschine verläuft. Zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses wird die gemeinsame Drehachse auf der Bewegungsachse des Kolbens auf den Kolben zu oder von dem Kolben weg bewegt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der getriebenen Welle relativ zu der gemeinsamen Drehachse wird sichergestellt, dass sich der Abstand zwischen der getriebenen Welle und der Getriebeeingangswelle nicht oder nur unwesentlich ändert, wenn das Verdichtungsverhältnis verstellt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Kurbel-CVT-Getriebe;
2 eine vereinfachte Darstellung einer Lagereinrichtung für eine Kurbelwelle und eine Getriebeeingangswelle des Kurbel-CVT-Getriebes aus 1 bei einem ersten Verdichtungsverhältnis;
3 die gleiche Darstellung wie in 2 bei einem zweiten Verdichtungsverhältnis und
4 die gleiche Darstellung wie in den 2 und 3 bei einem dritten Verdichtungsverhältnis.
In 1 ist ein Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine 2 stark vereinfacht dargestellt. Die Brennkraftmaschine 2 umfasst zwei Kolben 4, 5, die durch jeweils eine Pleuelstange 6, 7 an eine Kurbelwelle 8 angebunden sind.
Die Kurbelwelle 8 ist über ein Kurbel-CVT-Getriebe 10 und unter Zwischenschaltung eines Differentials 14 mit Antriebsrädern 11, 12 eines Kraftfahrzeugs antriebsmäßig verbindbar. Durch einen Doppelpfeil 15 ist angedeutet, dass durch eine Verlagerung der Kurbelwelle 8 das mit dem Kolben 4, 5 erzielbare Verdichtungsverhältnis variiert werden kann.
Das Kurbel-CVT-Getriebe 10 kann gleich oder ähnlich wie in den 1 bis 8 der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 43 535 A1 ausgeführt sein. In den 2 bis 4 ist ein derartiges Kurbel-CVT-Getriebe 10 in Kombination mit einer gemeinsamen Lagereinrichtung 25 für die Kurbelwelle 8 und eine Getriebeeingangswelle 24 des Kurbel-CVT-Getriebes 10 zur Darstellung von verschiedenen Verdichtungsverhältnissen dargestellt.
In den 2 bis 4 sieht man, dass die Pleuelstange 7 des Kolbens 5 an einen Kurbelzapfen 21 angelenkt ist, der über eine Kurbelwange 22 fest mit der Kurbelwelle 8 verbunden ist. Die Kurbelwelle 8 und die Getriebeeingangswelle 24 sind gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung gemeinsam um eine gemeinsame Drehachse drehbar in der Lagereinrichtung 25 gelagert.
Die Getriebeeingangswelle 24 ist über einen Exzenterantrieb und zwei Verbindungselemente 31, 32 mit einer getriebenen Welle 35 verbunden. Dabei sind die Verbindungselemente 31, 32 durch Freiläufe an die getriebene Welle 35 angebunden. Der Aufbau und die Funktion des Exzenterantriebs und der Freiläufe ergeben sich aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 43 535 A1 .
Der Kolben 5 bewegt sich im Betrieb der Brennkraftmaschine entlang einer Bewegungsachse 40 hin und her. Senkrecht zu der Bewegungsachse 40 sind in den 2, 3, 4 drei strichpunktierte Linien 41, 42, 43 eingezeichnet. Auf den strichpunktierten Linien 41, 42, 43 ist in den 2, 3, 4 jeweils die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle 8 und der Getriebeeingangswelle 24 sowie die Drehachse der getriebenen Welle 35 angeordnet.
Die Linien 41, 42, 43 dienen dazu, unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse für den Kolben 5 darzustellen. Dabei ist die gemeinsame Drehachse der Getriebeeingangswelle 24 und der Kurbelwelle 8 in den 2 bis 4 im Wesentlichen gleich weit von der Drehachse der getriebenen Welle 35 beabstandet. Somit können durch die erfindungsgemäße Lagereinrichtung 25, wie man in den 2 bis 4 sieht, unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse dargestellt werden, ohne dass sich die Übersetzung zwischen der Getriebeeingangswelle 24 und der getriebenen Welle 35 ändert.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Brennkraftmaschine
4: Kolben
5: Kolben
6: Pleuelstange
7: Pleuelstange
8: Kurbelwelle
10: Kurbel-CVT-Getriebe
11: Antriebsrad
12: Antriebsrad
14: Differential
15: Doppelpfeil
21: Kurbelzapfen
22: Kurbelwange
24: Getriebeeingangswelle
25: Lagereinrichtung
31: Verbindungselement
32: Verbindungselement
35: getriebene Welle
40: Bewegungsachse
41: Linie
42: Linie
43: Linie

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

EP 1724457 B1 [0002]
DE 10243535 A1 [0007, 0009, 0020, 0022]

Claims

Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine (2), die eine Kurbelwelle (8) umfasst, die verstellbar gelagert ist, um ein variables Verdichtungsverhältnis darzustellen, und mit einem Getriebe (10), das eine Getriebeeingangswelle (24) umfasst, die antriebsmäßig mit der Kurbelwelle (8) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (8) und die Getriebeeingangswelle (24) gemeinsam um eine gemeinsame Drehachse drehbar in einer Lagereinrichtung (25) gelagert sind, die verstellbar ist, um das Verdichtungsverhältnis zu ändern, wobei die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle (8) und der Getriebeeingangselle (24) verlagert wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (25) exzentrisch ausgeführt und verdrehbar ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (10) als stufenlos verstellbares Getriebe ausgeführt ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (24) unter Verwendung von wenigstens einem auf der Getriebeeingangswelle (24) vorgesehenen Exzenterantrieb und einer auf einer getriebenen Welle (35) vorgesehenen Freilaufeinrichtung über mindestens ein Verbindungselement (31, 32) antriebsmäßig mit der getriebenen Welle (35) verbunden ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (10) als Kurbel-CVT-Getriebe ausgeführt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (31, 32) im Wesentlichen senkrecht zu mindestens einer Pleuelstange (6, 7) angeordnet ist, durch welche die Kurbelwelle mit mindestens einem Kolben der Brennkraftmaschine gekoppelt ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle (8) und der Getriebeeingangswelle (24) senkrecht zu einer Bewegungsachse (40) eines Kolbens (5) der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Drehachse der Kurbelwelle (8) und der Getriebeeingangswelle (24) und die Drehachse der getriebenen Welle (35) auf einer Geraden (41, 42, 43) voneinander beabstandet sind, die senkrecht zur Bewegungsachse (40) des Kolbens (5) der Brennkraftmaschine (2) verläuft.