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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahreug, umfassend eine Brennkraftmaschine und eine mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelte Drehschwingungsdämpfungsanordnung.
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Die zum Antreiben von Fahrzeugen eingesetzten Brennkraftmaschinen weisen aufgrund des Verbrennungsprozesses bzw. der im Wesentlichen periodisch in den verschiedenen Zylindern derselben auftretenden Zündungen einen ungleichförmigen, insbesondere oszillierenden Drehmomentenverlauf auf. Einem Nennmoment ist ein Schwingungsanteil überlagert, wobei die Schwingungsfrequenz abhängt vom Verbrennungsprozess, also davon, ob nach einem Zweitaktverfahren oder einem Viertaktverfahren gearbeitet wird, und abhängt von der Anzahl der Zylinder. Beispielsweise tritt bei einem Vier-Zylinder-Viertakt-Motor bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle desselben in zwei Zylindern eine Zündung auf, so dass pro Umdrehung der Kurbelwelle zwei anregende Ereignisse vorhanden sind. Bezogen auf die Drehzahl der Kurbelwelle ist somit die zweite Ordnung kritisch, da bei einer derartigen Brennkraftmaschine die Zündfrequenz dem Zweifachen der Drehzahl der Kurbelwelle entspricht. Entsprechend ist bei einem Drei-Zylinder-Viertakt-Motor die 1,5-te Ordnung schwingungstechnisch problematisch, während bei einem Vier-Zylinder-Zweitakt-Motor die zweite Ordnung, wieder bezogen auf die Drehzahl der Kurbelwelle desselben, problematisch ist.
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Um derartige Schwingungsanregungen zu eliminieren bzw. deren Weiterleitung in folgende Systembereiche eines Antriebsstrangs so weit als mögilch zu unterbinden, werden Drehschwingungsdämpfungsanordnungen eingesetzt, welche auf das Schwingungsanregungsverhalten im Antriebsstrang, insbesondere im Bereich der Brennkraftmaschine, abgestimmt sind.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen besteht die Möglichkeit, eine Umschaltbarkeit zwischen verschiedenen Betriebsarten derselben bereitzustellen. So kann beispielsweise eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine so betrieben werden, dass alle Zylinder aktiv sind, so dass sie in der Lage ist, in Volllastzuständen ein maximales Drehmoment abzugeben. Ist dies nicht erforderlich, kann in eine Betriebsart übergegangen werden, in welcher nur einige der Zylinder aktiv sind. Dabei werden die noch aktiven Zylinder in einem Teillastzustand stärker belastet, was allgemein den Vorteil mit sich bringt, dass die Brennkraftmaschine bzw. die einzelnen Zylinder derselben mit höherem Wirkungsgrad arbeiten können, als bei geringerer Belastung. Dies wirkt sich auf den Verbrauch und den Schadstoffausstoß vorteilhaft aus. Grundsätzlich ist auch ein Umschalten zwischen verschiedenen Verbrennungsprozessen, also ein Umschalten zwischen einem Zweitakt-Betrieb und einem Viertakt-Betrieb möglich, wobei auch hier zwischen Betriebsarten verschiedener Leistungsfähigkeit mit höherer Leistungsfähigkeit im Zweitakt-Betrieb umgeschaltet werden kann und bei geringerer Leistungsanforderung die Brennkraftmaschine im Viertakt-Betrieb arbeiten kann.
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Das Umschalten zwischen verschiedenen Betriebsarten mit unterschiedlicher Leistungsfähigkeit, insbesondere also das Zu- bzw. Abschalten verschiedener Zylinder oder Übergang zwischen verschiedenen Verbrennungsprozessen, beeinflusst jedoch das Schwingungsanregungsverhalten einer Brennkraftmaschine wesentlich. Werden beispielsweise bei einer im Viertakt-Betrieb betriebenen Brennkraftmaschine die Hälfte der Zylinder deaktiviert, so halbiert sich auch die kritische Anregungsordnung. Beispielsweise erfolgt bei einem Vier-Zylinder-Viertakt-Motor bei Abschaltung von zwei Zylindern pro Umdrehung nur eine Zündung, mit der Folge, dass die kritische Anregungsordnung, wieder bezogen auf die Drehzahl der Kurbelwelle, nicht mehr die zweite Ordnung, sondern die erste Ordnung ist. Mit dieser Veränderung im Schwingungsanregungsverhalten ändert sich jedoch gleichermaßen das Schwingungsdämpfungsverhalten einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung. Ist diese auf ein bestimmtes Anregungsspektrum abgestimmt, so kann eine Verschiebung des Anregungsspektrums, insbesondere der Anregungsordnung, zu einem reduzierten Schwingungsdämpfungsvermögen führen, was zur Folge hat, dass im Bereich der Brennkraftmaschine generierte Drehungleichförmigkeiten, insbesondere also Schwingungsanteile im Drehmoment, verstärkt in im Drehmomentenfluss folgende Antriebsstrangbereiche geleitet werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei welchem ein verbessertes Schwingungsdämpfungsverhalten der im Bereich einer Brennkraftmaschine erzeugten Schwingungsanteile im abgegebenen Drehmoment erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Antriebssystem für ein Fahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine und eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung, wobei die Brennkraftmaschine zwischen Betriebsarten unterschiedlicher Leistungsfähigkeit umschaltbar ist und wobei die Drehschwingungsdämpfungsanordnung einen zur Drehung antreibbaren Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich umfasst, wobei zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich ein erster Drehmomentübertragungsweg und parallel dazu ein zweiter Drehmomentübertragungsweg vorgesehen sind, ferner umfassend eine Koppelanordnung zur Überlagerung der über die Drehmomentübertragungswege geleiteten Drehmomente, wobei wenigstens in einem Drehmomentübertragungsweg eine Phasenschieberanordnung zur Erzeugung einer Phasenverschiebung von über den einen Drehmomentübertragungsweg geleiteten Drehungleichförmigkeiten bezüglich über den anderen Drehmomentübertragungsweg geleiteten Drehungleichförmigkeiten vorgesehen ist.
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Es hat sich gezeigt, dass bei einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung mit Drehmomentenaufteilung, Phasenverschiebung und Drehmomentenüberlagerung das Schwingungsdämpfungsverhalten durch eine Veränderung der Betriebsart einer Brennkraftmaschine nahezu nicht beeinträchtigt wird. Eine derartige Drehschwingungsdämpfungsanordnung entfaltet in einem vergleichsweise breiten Spektrum von Schwingungsanregungen eine sehr gute Dämpfungscharakteristik, so dass sich in Kombination mit einer Brennkraftmaschine, deren Betriebsart an unterschiedliche Leistungsanforderungen angepasst werden kann, ein besonders vorteilhaftes Antriebssystem ergibt.
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Es sei hier darauf hingewiesen, dass mit Betriebsarten unterschiedlicher Leistungsfähigkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung grundsätzliche Änderungen in der Betriebsart, also beispielsweise das Arbeiten mit mehr oder weniger aktiven Zylindern bzw. der Übergang von einem Viertakt-Betrieb zu einem Zweitakt-Betrieb oder umgekehrt angesprochen ist, und nicht die entsprechend einer Leistungsanforderung durch einen Fahrer zu beeinflussende Kraftstoffeinspritzmenge bzw. Verbrennungsluftmenge, die in die einzelne Zylinder im Verbrennungsbetrieb eingeleitet werden.
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Wie vorangehend bereits dargelegt, können die Betriebsarten einen ersten Betriebszustand mit Betrieb aller Zylinder und wenigstens einen zweiten Betriebszustand mit Betrieb nur eines Teils der Zylinder umfassen oder/und können die Betriebsarten einen Zweitaktbetrieb und einen Viertaktbetrieb umfassen.
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Um in der Drehschwingungsdämpfungsanordnung in zuverlässiger Art und Weise die Phasenverschiebung hervorrufen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Phasenschieberanordnung ein Schwingungssystem mit einer Primärseite und einer gegen die Wirkung einer Dämpferelementenanordnung bezüglich der Primärseite drehbaren Sekundärseite umfasst.
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Zur Zusammenführung der beiden Drehmomentenanteile, welche über die Drehmomentübertragungswege geleitet werden, kann die Koppelanordnung eine Planetengetriebeanordnung umfassen. Diese Planetengetriebeanordnung kann einen an den zweiten Drehmomentübertragungsweg angekoppelten Planetenradträger mit einer Mehrzahl von daran drehbar getragenen Planetenrädern umfassen, so dass bei einfacher, gleichwohl stabiler Ausgestaltung eine zuverlässige Zusammenführung der Drehmomentenanteile erlangt werden kann.
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Hierzu kann ferner vorgesehen sein, die Planetengetriebeanordnung eine an den ersten Drehmomentübertragungsweg angekoppelte erste Hohlradanordnung oder Sonnenradanordnung in Kämmeingriff mit den Planetenrädern und eine an den Ausgangsbereich angekoppelte zweite Hohlradanordnung oder Sonnenradanordnung in Kämmeingriff mit den Planetenrädern umfasst.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 eine Teil-Längsschnittansicht einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung mit Drehmomentenaufteilung, Phasenverschiebung und Drehmomentenüberlagerung;
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2 in prinzipartiger Darstellung ein Antriebssystem mit einer Brennkraftmaschsine und einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung gemäß 1;
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3 ein Diagramm, welches in verschiedenen Bereichen des Antriebssystems der 2 bzw. der Drehschwingungsdämpfungsanordnung der 1 auftretende Drehmomente bzw. Drehmomentschwingungen bei in einer Betriebsart betriebener Brennkraftmaschine veranschaulicht;
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4 eine der 3 entsprechende Darstellung bei in einer anderen Betriebsart betriebener Brennkraftmaschine.
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Die 1 zeigt im Teil-Längsschnitt eine im Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu positionierende Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10. Die Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 umfasst einen Eingangsbereich 12, welcher durch Verschraubung beispielsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, allgemein also einem Antriebsaggregat, zu verbinden ist und somit zur Drehung um eine Drehachse A anzutreiben ist. Ein Ausgangsbereich 14 der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 ist mit einem Schwungrad 16 ausgebildet, mit welchem beispielsweise eine Druckplattenbaugruppe einer Reibungskupplung verbunden ist und welches eine Reibfläche 18 für eine derartige Reibungskupplung bereitstellen kann. Zwischen dem Eingangsbereich 12 und dem Ausgangsbereich 14 sind zwei Drehmomentübertragungswege 20, 22 eingerichtet, die im Eingangsbereich 12 aufzweigen und im Bereich einer allgemein mit 24 bezeichneten Koppelanordnung zusammengeführt sind.
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Im ersten Drehmomentübertragungsweg 20 ist eine allgemein mit 26 bezeichnete Phasenschieberanordnung vorgesehen. Die Phasenschieberanordnung 26 kann Drehschwingungen oder allgemein Drehungleichförmigkeiten, die im Eingangsbereich 12 in die Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 eingeleitet werden und die anteilsmäßig auch über den ersten Drehmomentübertragungsweg 20 geleitet werden, in ihrer Phasenlage verschieben bezüglich der entsprechenden Drehschwingungen oder Drehungleichförmigkeiten, die auch in dem über den zweiten Drehmomentübertragungsweg 22 geleiteten Drehmomentenanteil enthalten sind. Diese beiden Drehmomentenanteile mit zueinander phasenverschobenen Drehschwingungsanteilen werden im Bereich der Koppelanordnung 24 zusammengeführt, so dass die zueinander phasenverschobenen Schwingungsanteile einander im Idealfalle gegenseitig auslöschen, so dass in den Ausgangsbereich 14 ein von Drehungleichförmigkeiten bzw. Drehschwingungen im Wesentlichen befreites Gesamtdrehmoment eingeleitet wird.
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Die Phasenschieberanordnung 26 umfasst ein Schwingungssystem 28 mit einer ersten Primärseite 30, welche allgemein mit zwei Deckscheibenelementen 32, 34 aufgebaut ist. Im Bereich des Deckscheibenelements 32 wird die Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 an eine Antriebswelle oder dergleichen fest angebunden. Das Schwingungssystem 28 umfasst ferner eine erste Sekundärseite 36, hier im Wesentlichen bereitgestellt durch ein Zentralscheibenelement 38, welches zwischen den beiden Deckscheibenelementen 30, 34 positioniert ist. Eine mit einer Mehrzahl von Federn, vorzugsweise Schraubendruckfedern, ausgebildete erste Dämpferelementenanordnung 40 wirkt zwischen der ersten Primärseite 30 und der ersten Sekundärseite 36 und ermöglicht eine Relativdrehung derselben um die Drehachse A unter Erzeugung einer Rückstellwirkung.
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Im radial inneren Bereich stellt das Zentralscheibenelement 38 eine zweite Primärseite 42 bereit. Dieser zweiten Primärseite 42 ist eine zweite Sekundärseite 44 zugeordnet, die wiederum zwei Deckscheibenelemente 46, 48 umfasst. Zwischen der zweiten Primärseite 42 und der zweiten Sekundärseite 44 wirkt eine zweite Dämpferelementenanordnung 50, beispielsweise wieder umfassend mehrere in Umfangsrichtung verteilt liegende Federn, beispielsweise Schraubendruckfedern, so dass unter der Rückstellwirkung der zweiten Dämpferelementenanordnung 50 die zweite Primärseite 42 und die zweite Sekundärseite 44 bezüglich einander um die Drehachse A verdrehbar sind.
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Man erkennt, dass das Schwingungssystem 28 zweistufig ausgebildet ist mit zwei seriell wirksamen Schwingungsdämpfern mit den beiden Dämpferelementenanordnungen 40, 50. Dabei bildet die erste Primärseite 30 im Wesentlichen die Primärseite des gesamte Schwingungssystems 28, also diejenige Seite, in welche im Zugzustand das Drehmoment eingeleitet wird, während die zweite Sekundärseite 44 die Sekundärseite des gesamten Schwingungssystems 28 bereitstellt, also diejenige Seite, über welche das Drehmoment abgegeben wird.
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Ein wesentliches Charakteristikum derartiger Schwingungssysteme ist, dass diese in einem Anregungsfrequenzbereich unter ihrer Eigen- bzw. Resonanzfrequenz unterkritisch arbeiten, d. h. Anregung und Reaktion des Systems an der Primärseite 30 einerseits und an der Sekundärseite 44 andererseits erfolgen im Wesentlichen gleichzeitig, also gleichphasig ohne gegenseitige Phasenverschiebung. Wird die Resonanzfrequenz überschritten, geht das Schwingungssytem 28 in einen überkritischen Zustand über, in welchem Anregung und Reaktion zueinander phasenverschoben sind. Es kann also ein Phasensprung von maximal 180° auftreten. Dies hat zur Folge, dass dann, wenn anregende Frequenzen in dem am Eingangsbereich 12 aufgenommenen Drehmoment vorhanden sind, welche über der Resonanzfrequenz liegen und mithin, abhängig von der Qualität der Schwingungsentkopplung, eine maximale Phasenverschiebung von 180° im ersten Drehmomentenübertragungsweg 20 bezüglich der im Drehmomentenanteil des zweiten Drehmomentübertragungswegs 22 enthaltenen Schwingungsanregungsanteile erfahren, sich mit diesen nicht phasenverschobenen Schwingungsanteilen in der Koppelanordnung 24 im Idealfalle vollständig destruktiv überlagern.
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Die Koppelanordnung 24 umfasst eine Planetengetriebeanordnung 52 mit einem Planetenradträger 54. Dieser wird zusammen mit der Primärseite 30 des Schwingungssystems 28 an die Antriebswelle angebunden und ist dem zweiten Drehmomentübertragungsweg 22 zuzuordnen. Am Planetenradträger 54 sind in Umfangsrichtung verteilt liegend mehrere allgemein mit 56 bezeichnete Planetenräder drehbar getragen. Hierzu sind am Planetenradträger 54, wie die 2 dies deutlicher zeigt, mehrere Planetenradtragebolzen 58 vorgesehen. Über eine Lagerung 60, beispielsweise ausgebildet als Nadellager oder sonstiges Wälzkörperlager, sind die Planetenräder 56 um ihre Planetenraddrehachsen Z drehbar, welche zur Drehachse A des Planetenradträgers 54 im Wesentlichen parallel orientiert sind. Zwischen zwei beispielsweise ringscheibenartig ausgebildeten Stützelementen 62, 64 bzw. auch dem Stützelement 64 und dem Planetenradträger 54 sind die Planetenräder 56 axial zentriert gehalten.
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Die Planetenräder 56 weisen zwei in Richtung der Planetenraddrehachsen Z aufeinander folgende Verzahnungsbereiche 74, 76 auf. Der Verzahnungsbereich 74, welcher im dargestellten Beispiel mit größerer Radialabmessung bezüglich der Planetenraddrehachse Z ausgebildet ist, steht in Kämmeingriff mit einem Hohlrad 78, welches an einem Hohlradträger 82 festgelegt ist und beispielsweise ringartig oder ringsegmentartig ausgebildet sein kann. Der Hohlradträger 82 wiederum ist beispielsweise durch Verschraubung mit der zweiten Sekundärseite 44, allgemein also der Sekundärseite des Schwingungssystems 28, fest verbunden und somit dem ersten Drehmomentübertragungsweg 20 zugeordnet. Das über den ersten Drehmomentübertragungsweg 20 übertragene und vom Schwingungssystem 28 weitergeleitete Drehmoment wird über den Hohlradträger 82 und das Hohlrad 78 in die Koppelanordnung 24, nämlich die Arbeitsverzahnung 74 der Planetenräder 56 eingeleitet. Das über den zweiten Drehmomentübertragungsweg 22 geleitete Drehmoment wird über den Planetenradträger 54 und die Planetenradtragebolzen 58 in die Koppelanordnung 24 eingeleitet. Die so zusammengeführten Drehmomentenanteile werden über den Arbeitsverzahnungsbereich 76 in ein beispielsweise ringartig oder ringsegmentartig ausgebildetes Hohlrad 84 als Gesamtdrehmoment weitergeleitet wobei das Hohlrad 84 mit dem Schwungrad 16 durch Verschraubung verbunden sein kann und somit dem Ausgangsbereich 14 zuzuordnen ist.
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Durch die Zusammenführung der beiden Drehmomentenanteile der beiden Drehmomentübertragungswege 20, 22 in der mit dem Planetengetriebe 52 ausgebildeten Koppelanordnung 24 werden dann, wenn die Schwingungsanregung dazu führt, dass das Schwingungssystem 28 in den überkritischen Zustand übergeht, so überlagert, dass eine zumindest teilweise Auslöschung der Schwingungsanteile entsteht und das Schwungrad 16 ein im Wesentlichen geglättetes Drehmoment aufnimmt. Dabei kann durch die Auswahl des Durchmesserverhältnisses der beiden Arbeitsverzahnungsbereiche 74, 76 bzw. auch durch die Ausgestaltung der Zahngeometrie dieser beiden Arbeitsverzahnungsbereiche 74, 76 beeinflusst werden, wie groß die über die beiden Drehmomentübertragungswege 20, 22 geleiteten Drehmomentenanteile sind. Im dargestellten Beispiel, in welchem der Verzahnungsbereich 74, der mit dem Hohlrad 78 des ersten Drehmomentübertragungswegs 20 zusammenwirkt, eine größere Radialabmessung aufweist, als der mit dem Hohlrad 84 des Ausgangsbereichs 14 zusammenwirkende Verzahnungsbereich, wird ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 erreicht, was bedeutet, dass über jeden der beiden Drehmomentübertragungswege ein Drehmomentenanteil in Richtung zum Planetengetriebe 52 geleitet wird, wobei das Verhältnis der Anteile durch das Größen- bzw. Durchmesserverhältnis der beiden Verzahnungsbereiche 74, 76 eingestellt werden kann. Weist der Verzahnungsbereich 76 einen größeren Durchmesser auf, als der Verzahnungsbereich 74, so findet eine Drehmomentenumkehr im zweiten Drehmomentübertragungsweg 22 statt, während im ersten Drehmomentübertragungsweg 20 eine Drehmometenverstärkung erfolgt, so dass bei Zusammenführung in der Koppelanordnung 24 wieder ein dem eingeleiteten Drehmoment entsprechendes Gesamtmoment, jedoch mit zumindest teilweise eliminierten Schwingungsanteilen erreicht wird.
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Es sei hier darauf hingewiesen, dass die vorangehend mit Bezug auf die 1 detailliert beschriebene Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 in verschiedenen Aspekten auch anders ausgebildet sein könnte. So könnte beispielsweise die Planetengetriebeanordnung 52 anstelle der beiden Hohlräder 82, 84 an die Sekundärseite 44 einerseits und den Ausgangsbereich 14 andererseits angekoppelte Sonnenräder umfassen. Auch ist es selbstverständlich möglich, dass auch im zweiten Drehmomentübertragungsweg 22 eine Phasenschieberanordnung vorgesehen sein könnte, die einen Übergang in den überkritischen Zustand bei einer anderen Drehzahl aufweist oder/und eine andere Phasenverschiebung bewirkt, als die im ersten Drehmomentübertragungsweg vorgesehene Phasenschieberanordnung 26. Weiterhin können in Zuordnung zu einer derartigen Phasenschieberanordnung selbstverständlich auch Dämpfungssysteme, wie z. B. fluidisch wirksamen Dämpfungssysteme oder mit coulombscher Reibung wirkende Dämpfungssysteme vorgesehen sein. Auch könnte selbstverständlich ein derartiges Schwingungssystem einstufig, also mit nach einer Primärseite und einer Sekundärseite und einer einzigen dazwischen wirkenden Drehschwingungsdämpfungsanordnung ausgebildet sein.
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Ein Antriebssystem 90 für ein Fahrzeug, in welches eine derartige vorangehend beschriebene Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 integriert ist, ist in 2 veranschaulicht. Dieses Antriebssystem 90 umfasst als Antriebsaggregat eine Brennkraftmaschine 92, im dargestellten Beispiel eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine mit Zylindern 94, 96, 98, 100. Eine als Antriebswelle wirksame Kurbelwelle 102 der Brennkraftmaschine 92 ist an den Eingangsbereich 12 der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 angekoppelt und treibt diesen zur Drehung um die in 1 erkennbare Drehachse A an. Der Ausgangsbereich 14 der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 ist im dargestellten Beispiel an ein einem Getriebe 104 vorgeschaltetes Anfahrelement 106 angekoppelt. Bei Ausgestaltung des Getriebes 104 als Schaltgetriebe kann das Anfahrelement 106 eine Reibungskupplung sein, also beispielsweise eine trocken- oder nasslaufende Reibungskupplung, Mehrscheibenkupplung, Doppelkupplung oder dergleichen. Ist das Getriebe 104 als Automatikgetriebe ausgebildet, kann das Anfahrelement 106 als hydrodynamischer Drehmomentwandler aufgebaut sein. Dessen Gehäuse kann dann mit dem Ausgangsbereich 14 der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 gekoppelt und durch dieses zur Drehung um die Drehachse A angetrieben werden.
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Der Brennkraftmaschine 92 ist ein Ansteuergerät 108 zugeordnet, welches einerseits den Betrieb der Brennkraftmaschine 92 steuert bzw. regelt, andererseits, wie durch die Verknüpfung mit dem Getriebe 104 veranschaulicht, auch Informationen über den Betriebszustand eines Fahrzeugs, wie z. B. Fahrgeschwindigkeit, eingelegte Gangstufe und dergleichen erhält und beruhend darauf beispielsweise die Brennkraftmaschine 92 oder auch ein als Automatikgetriebe ausgebildetes Getriebe 104 ansteuert.
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Abhängig von der geforderten Last kann das Ansteuergerät 108 ferner die Brennkraftmaschine 92 zwischen verschiedenen Betriebsarten umschalten. In einer Volllastbetriebsart können alle vier Zylinder 94, 96, 98, 100 betrieben werden, also aktiv sein, während in einer Teillastbetriebsart beispielsweise die Zylinder 94, 96 deaktiviert werden können und nur noch die Zylinder 98, 100 betrieben werden. Dieser Übergang zwischen der Betriebsart Volllast, also dem Betreiben aller Zylinder 94, 96, 98, 100, und der Betriebsart Teillast, also dem Betreiben nur der Zylinder 98, 100, wirkt sich auf die im abgegebenen Drehmoment enthaltenen Schwingungsanteile und somit das in den Antriebsstrang weitergeleitete Drehmoment aus. Dies wird im Folgenden mit Bezug auf die 3 und 4 erläutert.
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Die 3 ist aufgeteilt in vier Bereiche und dort jeweils aufgetragen über der Zeit das in verschiedenen Systembereiche vorhandene Drehmoment dargestellt. So zeigt ein Bereich B1 in 3 das Drehmoment Dges, welches von der Brennkraftmaschine im Bereich der Kurbelwelle 102 abgegeben und somit in den Eingangsbereich 12 eingeleitet wird. Man erkennt, dass einem Nennmoment von 100 % eine Schwingung überlagert ist, welche durch die Zündungen in den einzelnen Zylindern generiert wird. Insbesondere veranschaulicht der Bereich B1 eine Umdrehung der Kurbelwelle 102, in deren Verlauf in zwei der vier Zylindern 94, 96, 98, 100 eine Zündung auftreten wird, also zwei schwingungsanregende Ereignisse vorhanden sind.
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Der Bereich B2 zeigt wieder für eine Umdrehung der Kurbelwelle 102 die Drehmomentenanteile, welche im Eingangsbereich 12 auf die beiden Drehmomentübertragungswege 20, 22 aufgeteilt werden. Dabei erkennt man, dass diese beiden noch phasengleich liegenden Drehmomentenanteile D20, D22 hinsichtlich ihres Betrags ungleich sind. Der größere Drehmomentenanteil D20 wird über den ersten Drehmomentenübertragungsweg 20 geleitet, während der kleinere Drehmomentenanteil D22 über den zweiten Drehmomentübertragungsweg 22 geleitet wird. Wie vorangehend bereits dargelegt, kann die Aufteilung der Drehmomentenanteile insbesondere durch die Ausgestaltung der beiden Verzahnungsbereiche 74, 76 eingestellt werden.
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Der Bereich B3 in 3 zeigt die in den beiden Drehmomentübertragungswegen 20, 22 übertragenen Drehmomentenanteile D20', also im ersten Drehmomentübertragungsweg 20 nach der Phasenschieberanordnung 26, und D22, also das grundsätzlich im zweiten Drehmomentübertragungsweg 22 übertragene Drehmoment.
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Man erkennt, dass durch das Schwingungssystem 28 der Phasenschieberanordnung 26 dann, wenn dieses im überkritischen Zustand arbeitet, einerseits im Idealfalle eine Phasenverschiebung von 180° generiert wird, und andererseits aufgrund der im Schwingungssystem 28 selbst generierten Entkopplung eine Schwingungsdämpfung aufteilt, so dass die Schwingungsamplituden in den beiden Drehmomentübertragungswegen 20, 22 näherungsweise gleich sind.
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Der Bereich B4 veranschaulicht das Drehmoment Dges' nach Zusammenführung in der Koppelanordnung 24, also das im Ausgangsbereich 14 aufgenommene bzw. weitergeleitete Drehmoment. Dieses wird durch Überlagerung der beiden Drehmomentenanteile D20' und D22 erreicht und weist im Idealfalle, also bei Phasenverschiebung von 180° und im Wesentlichen gleicher Schwingungsamplitude einen geglätteten, näherungsweise konstanten Verlauf auf.
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Die 4 veranschaulicht diese vier Bereiche B1 bis B4 in der Betriebsart Teillast der Brennkraftmaschine 92. Durch das Abschalten der beiden Zylinder 94, 96 ist pro Umdrehung nur noch eine Zündung, also ein schwingungsanregendes Ereignis vorhanden. Das mit einem derartigen Schwingungsanteil überlagerte Drehmoment, also das Gesamtdrehmoment Dges, wie es von der Kurbelwelle 102 abgegeben wird, wird im Eingangsbereich 12 wieder in die beiden Anteile D20 und D22 aufgeteilt. Nach der Phasenschieberanordnung, also im Bereich B3, ist der im ersten Drehmomentübertragungsweg 20 übertragene Drehmomentenanteil D20' einerseits wieder phasenverschoben, andererseits in seiner Amplitude bereits gemindert, so dass im Bereich B4, also nach der Koppelanordnung 24, wieder ein im Wesentlichen geglättetes, von Schwingungsanteilen idealerweise vollständig befreites Gesamtdrehmoment Dges' abgegeben wird.
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Man erkennt aus dem Vergleich der 3 und 4, dass das Dämpfungsverhalten, welches primär durch die Drehmomentenaufteilung, die Phasenverschiebung und die Drehmomentenüberlagerung herbeigeführt wird, unabhängig von der Frequenz der im Drehmoment enthaltenen Schwingungsanteile ist, so lange diese Frequenz über der Eigen- bzw. Resonanzfrequenz des Schwingungssystems 28 der Phasenschieberanordnung 26 ist. Dies bedeutet, dass in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine 92, deren Betriebsart im vorangehend erläuterten Sinne veränderbar ist, um eine Anpassung der Leistungsabgabe bewirken zu können, das Schwingungssystem 28 hinsichtlich der Lage seiner Eigenfrequenz so ausgelegt werden sollte, dass diese unter der bei den verschiedenen Betriebsarten zu erwartenden geringsten Schwingungsanregungsfrequenz liegt. Idealerweise kann die Eigenfrequenz des Schwingungssystems 28 dabei in einem Bereich nahe oder unter der Leerlaufdrehzahl gelegt werden.
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Der Übergang zwischen Betriebsarten verschiedener Leistungsfähigkeit kann, wie vorangehend bereits dargelegt, durch das Ab- bzw. Zuschalten einzelner Zylinder erfolgen, was einen unmittelbaren Einfluss auf die pro Umdrehung einer Kurbelwelle auftretenden schwingungsanregenden Ereignisse hat. Diese Abschaltung kann beispielsweise durch Einstellen der Kraftstoffeinspritzung in die abzustellenden Zylinder oder durch Beeinflussung der Steuerzeiten über eine variable Ventilsteuerung erlangt werden. Alternativ kann die Leistungsfähigkeit auch dadurch beeinflusst werden, dass ein Viertakt-Motor für den Teillastbetrieb optimal ausgelegt wird und bei höherer Lastanforderung in einen Zweitakt-Betrieb umgeschaltet wird.
