DE102013207229B4

DE102013207229B4 - Maschinenbaugruppe mit einer Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe

Info

Publication number: DE102013207229B4
Application number: DE102013207229.5A
Authority: DE
Inventors: Eric D. Staley
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: DE102013207229A1; US9051911B2; US20130284139A1; CN103375322A; CN103375322B

Abstract

Maschinenbaugruppe, umfassend:eine Maschinenstruktur;eine Kurbelwelle, die drehend an der Maschinenstruktur gelagert ist;eine Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe, welche umfasst:eine Nabe, die zur Drehung mit der Kurbelwelle fixiert ist;eine Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe, die mit der Nabe gekoppelt ist; undeine mechanische Kupplung, die mit der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in Eingriff steht und die Nabe während eines ersten Betriebszustands zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixiert und während eines zweiten Betriebszustands eine relative Drehung zwischen der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe zulässt;einen Riemen, der mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe und einem Zusatzantriebssystem in Eingriff steht; undeinen Motor, der einen Anlasser bildet, der eine mit dem Riemen in Eingriff stehende Motorriemenscheibe umfasst,wobei der erste Betriebszustand ein Maschinenanlassen umfasst, wobei der Motor eine Drehung der Kurbelwelle mittels des Riemens antreibt,wobei die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe während des ersten Betriebszustands relativ zu der Nabe in einer ersten Drehrichtung gedreht wird, bis die mechanische Kupplung die Nabe zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixiert, undwobei die mechanische Kupplung in der ersten Drehrichtung relativ zu der Nabe mindestens 5 Grad Drehung der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe zulässt, bevor die mechanische Kupplung die Nabe zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in der ersten Drehrichtung fixiert.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Maschinenbaugruppe mit einer Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe.
HINTERGRUND
Brennkraftmaschinen können einen Anlasser umfassen, der während Maschinenstartzuständen anfangs die Drehung der Kurbelwelle antreibt. Der anfängliche Startvorgang kann eine Drehmomentumkehrung erzeugen, die von einem Fahrer wahrnehmbar ist. Bei Hybrid-Start/Stopp-Systemen kann die Maschine zahlreiche Start- und Stoppvorgänge erfahren, die zahlreiche Maschinenabschalt- und Maschineneinschalt-Wechsel vorsehen, die sich auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs auswirken können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschinenbaugruppe zu schaffen, bei welcher der Übergang zwischen Maschinenabschalt- und Maschineneinschalt-Zuständen für einen Fahrer weniger wahrnehmbar ist.
Herkömmliche Maschinenbaugruppen insbesondere mit Kurbelwellen und Kurbelwellen-Isolatorbaugruppen sind aus den Druckschriften US 2010 / 0 234 156 A1 , US 2010 / 0 009 796 A1 und US 2006 / 0 154 763 A1 bekannt.
KURZDARSTELLUNG
Erfindungsgemäß umfasst eine Maschinenbaugruppe eine Maschinenstruktur, eine an der Maschinenstruktur drehbar gelagerte Kurbelwelle, eine Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe und einen Riemen. Die Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe umfasst eine zur Drehung mit der Kurbelwelle fixierte Nabe, eine Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe, die mit der Nabe gekoppelt ist, sowie eine mechanische Kupplung. Die mechanische Kupplung kann mit der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in Eingriff gebracht werden. Die mechanische Kupplung kann die Nabe während eines ersten Betriebszustands zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixieren und kann während eines zweiten Betriebszustands eine relative Drehung zwischen der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe zulassen. Der Riemen kann mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe und einen Zusatzantriebsystem in Eingriff gebracht werden.
Die Maschinenbaugruppe umfasst zusätzlich einen Motor, der einen eine Motorriemenscheibe aufweisenden Anlasser bildet. Der Riemen kann mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe und der Motorriemenscheibe in Eingriff gebracht werden.
Der erste Betriebszustand umfasst ein Maschinenanlassen, wobei der Motor eine Drehung der Kurbelwelle mittels des Riemens antreibt. Die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe wird während des ersten Betriebszustands relativ zu der Nabe in einer ersten Drehrichtung gedreht, bis die mechanische Kupplung die Nabe zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixiert. Die mechanische Kupplung lässt in der ersten Drehrichtung relativ zu der Nabe mindestens 5 Grad Drehung der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe zu, bevor die mechanische Kupplung die Nabe zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in der ersten Drehrichtung fixiert.
Weitere Anwendungsgebiete gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen lediglich den Zwecken der Veranschaulichung.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich den Zwecken der Veranschaulichung.

1 ist eine Draufsicht auf eine Maschinenbaugruppe nach der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe der Maschinenbaugruppe von 1;
3 ist eine Draufsicht auf die Innenbauteile der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe von 1; und
4 ist eine Schnittansicht der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe und eines Kurbelwellen-Dämpfers, der sich an einer Kurbelwelle von der Maschinenbaugruppe von 1 befindet.

Entsprechende Bezugszeichen zeigen in den gesamten mehreren Ansichten der Zeichnungen entsprechende Teile an.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Nun werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen eingehender beschrieben. Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur.
Es werden beispielhafte Ausführungsformen vorgesehen, damit diese Offenbarung präzis ist und Fachleuten den Schutzumfang umfassend vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Einzelheiten aufgeführt, wie etwa Beispiele von spezifischen Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu bieten. Es versteht sich für den Fachmann, dass keine spezifischen Einzelheiten genutzt werden müssen, und dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert werden können. In manchen beispielhaften Ausführungsformen werden gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben. Wie hierin verwendet bezeichnet der Begriff „Modul“ eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung und/oder einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff gebracht“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, in Eingriff gebracht, verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn dagegen ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff gebracht mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendete Worte sollten in ähnlicher Weise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt dazwischen“, „benachbart“ im Gegensatz zu „direkt benachbart“, etc.). Wie hierin verwendet umfasst der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugeordneten aufgeführten Gegenstände.
Auch wenn die Begriffe erster, zweiter, dritter, etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder einen Abschnitt von einer anderen Region, Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie etwa „erster“, „zweiter“ und andere Zahlenbegriffe implizieren bei Verwendung hierin keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern dies nicht eindeutig durch den Zusammenhang angezeigt wird. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Region, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend erläutert werden, als zweites Element, zweite Komponente, zweite Region, zweite Schicht oder zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf 1 - 4 kann eine Maschinenbaugruppe 10 eine Maschinenstruktur 12, eine Kurbelwelle 14, einen Kurbelwellendämpfer 16, eine Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe 18, einen Elektromotor 20, eine Batterie 22, einen Klimaanlagen-Kompressor 24 und ein Zusatzantriebssystem 26 umfassen. Die Maschinenstruktur 12 kann einen Maschinenblock 28 und einen Zylinderkopf 30, der mit dem Maschinenblock 28 gekoppelt ist, umfassen. Die Kurbelwelle 14 kann an dem Maschinenblock 28 zur Drehung gelagert sein. Wie in 4 ersichtlich ist, können der Kurbelwellendämpfer 16 und die Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe 18 jeweils mit einem Ende der Kurbelwelle 14 gekoppelt sein.
Der Kurbelwellendämpfer 16 kann Torsionsschwingungen, die von der Verbrennung auf die Kurbelwelle 14 ausgeübt werden, dämpfen und kann eine Nabe 32, ein nachgiebiges Material 34 und eine Masse 36 umfassen. Die Nabe 32 kann zur Drehung mit der Kurbelwelle 14 fixiert werden und das nachgiebige Material 34 kann sich zwischen der Nabe 32 und der Masse 36 befinden und daran fixiert sein. Das nachgiebige Material 34 kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich aber nicht ausschließlich und Elastomer.
Die Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe 18 kann eine Nabe 38, eine Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40, eine mechanische Kupplung 42, Drehfedern 44, Federführungen 46 und Lager 48 umfassen. Die Nabe 38 kann zur Drehung mit der Kurbelwelle 14 fixiert sein und kann während eines normalen Maschinenbetriebs mittels der Drehfeder 44 mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 gekoppelt sein und kann während Maschinenanlassen mittels der mechanischen Kupplung 42 mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 gekoppelt sein. Die Nabe 38 kann einen mittleren Körper 50, der die Kurbelwelle 14 aufnimmt, und radiale Arme 52, die sich von dem mittleren Körper 50 nach außen erstrecken, umfassen. Die Arme 52 können Federsitze 54 ausbilden, die mit ersten Enden der Drehfedern 44 in Eingriff stehen.
Die Federführungen 46 können zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 fixiert sein und können zusätzliche Federsitze 56 ausbilden, die mit zweiten Enden der Drehfedern 44 in Eingriff stehen. Die Drehfedern 44 können die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 allgemein in eine neutrale Stellung vorspannen (siehe 3) und können auf die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 und die Nabe 38 eine Drehkraft ausüben, wenn die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 relativ zur Nabe gedreht wird. Die Drehfedern 44 können auf die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 eine Drehung der Nabe 38 übertragen, während sie eine beschränkte relative Drehung zwischen der Nabe 38 und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 zulassen. Die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 kann eine Riemenscheiben-Außenumfangsfläche 58 und einen inneren Hohlraum 60 ausbilden. Die Arme 52 der Nabe 38 können sich in dem Hohlraum 60 befinden.
Die mechanische Kupplung 42 kann Kupplungsanschläge 62, Kupplungsaktoren 64 und Vorspannelemente 66 umfassen. Der Kupplungsanschlag 62 kann durch eine Innenumfangsfläche 68 des Hohlraums 60 ausgebildet sein. Der Kupplungsaktor 64 kann sich zwischen einem Außenumfang der Arme 52 der Nabe 38 und der Innenumfangsfläche 68 des Hohlraums 60 befinden. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel sind die Kupplungsaktoren 64 zur Drehung mit der Nabe 38 fixiert. Es versteht sich aber, dass die vorliegende Offenbarung nicht durch solche Anordnungen beschränkt ist. Zum Beispiel können andere Anordnungen umfassen, dass die Kupplungsaktoren 64 zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 fixiert sind und die Kupplungsanschläge 62 auf der Nabe 38 ausgebildet sind. Die Vorspannelemente 66 können die Kupplungsaktoren 64 in einer radialen Auswärtsrichtung in gleitenden Eingriff mit der Innenumfangsfläche 68 des Hohlraums 60 drücken.
Der Elektromotor 20 kann eine Motoriemenscheibe 70 umfassen und kann mit der Batterie 22 in Verbindung stehen. Der Elektromotor 20 kann einen Anlasser für die Maschinenbaugruppe 10 und einen Generator für die Batterie 22 bilden. Das Zusatzantriebssystem kann einen Riemen 72, Riemenspanner 74, eine Klimaanlagen-Kompressorriemenscheibe 76, die Motorriemenscheibe 70 und die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 umfassen. Der Riemen 72 kann mit den Riemenspannern 74, der Klimaanlagen-Kompressorriemenscheibe 76, der Motorriemenscheibe 70 und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 in Eingriff stehen.
Während eines ersten Betriebszustands dient der Elektromotor 20 als Anlasser und treibt die Drehung der Kurbelwelle 14 mittels des Riemens 72 an. Während eines zweiten Betriebszustands kann die Kurbelwelle 14 die Drehung der Motorriemenscheibe 70 antreiben und kann der Elektromotor 20 einen Generator zum Laden der Batterie 22 bilden. Der zweite Betriebszustand kann einen normalen Maschinenbetrieb mit Zylinderverbrennung, die eine Drehung der Kurbelwelle 14 in einer ersten Drehrichtung (R1) antreibt, umfassen.
Während des ersten Betriebszustands kann der Elektromotor 20 die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 von der in 3 gezeigten neutralen Position in der ersten Drehrichtung antreiben, bis die Kupplungsaktoren 64 an den Kupplungsanschlägen 62 anliegen und die Nabe 38 zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 in der ersten Drehrichtung (R1) fixieren. Die neutrale Position kann eine erste Winkelverlagerung (θ1) der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 in der ersten Drehrichtung (R1) vorsehen, bevor die Nabe 38 zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 in der ersten Drehrichtung (R1) fixiert wird. Dadurch kann der Übergang zwischen Maschinenabschalt- und Maschineneinschalt-Zuständen für einen Fahrer weniger wahrnehmbar sein. Die erste Winkelverlagerung (θ1) kann größer als fünf Grad und im Einzelnen größer als zehn Grad sein.
Während des zweiten Betriebszustands können die Drehfedern 44 zusammengedrückt werden, wenn die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe 40 aufgrund von an dem Zusatzantriebssystem 26 angelegten Lasten relativ zu der Nabe 38 und der Kurbelwelle 14 schwingt. Die Drehfedern 44 können die an der Kurbelwelle 14 durch das Zusatzantriebssystem 26 angelegte Last allgemein dämpfen. Die Drehfedern 44 können so bemessen sein, dass sie eine zweite Winkelverlagerung (θ2) in der ersten Drehrichtung und in einer zweiten Drehrichtung (R2) entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung (R1) zulassen. Die zweite Winkelverlagerung (θ2) kann kleiner als die erste Winkelverlagerung (θ1) sein. Die zweite Winkelverlagerung (θ2) kann kleiner als zehn Grad sein. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel beträgt die zweite Winkelverlagerung (θ2) in etwa fünfzehn Grad und die erste Winkelverlagerung (θ1) beträgt in etwa zwanzig Grad.
In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel bildet die Maschinenbaugruppe 10 eine Start/Stopp-Hybridanwendung, wobei die Maschinenbaugruppe 10 während zeitweiliger Stopps zeitweilig abgeschaltet wird und bei Wiederaufnahme der Fahrt neu gestartet wird. Die vorstehend erläuterte Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe 18, die die mechanische Kupplung 42 umfasst, bewältigt die während des Neustartens der Maschinenbaugruppe 10 erfahrenen Drehmomentumkehrungen.

Claims

Maschinenbaugruppe, umfassend: eine Maschinenstruktur; eine Kurbelwelle, die drehend an der Maschinenstruktur gelagert ist; eine Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe, welche umfasst: eine Nabe, die zur Drehung mit der Kurbelwelle fixiert ist; eine Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe, die mit der Nabe gekoppelt ist; und eine mechanische Kupplung, die mit der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in Eingriff steht und die Nabe während eines ersten Betriebszustands zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixiert und während eines zweiten Betriebszustands eine relative Drehung zwischen der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe zulässt; einen Riemen, der mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe und einem Zusatzantriebssystem in Eingriff steht; und einen Motor, der einen Anlasser bildet, der eine mit dem Riemen in Eingriff stehende Motorriemenscheibe umfasst, wobei der erste Betriebszustand ein Maschinenanlassen umfasst, wobei der Motor eine Drehung der Kurbelwelle mittels des Riemens antreibt, wobei die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe während des ersten Betriebszustands relativ zu der Nabe in einer ersten Drehrichtung gedreht wird, bis die mechanische Kupplung die Nabe zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixiert, und wobei die mechanische Kupplung in der ersten Drehrichtung relativ zu der Nabe mindestens 5 Grad Drehung der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe zulässt, bevor die mechanische Kupplung die Nabe zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in der ersten Drehrichtung fixiert.
Maschinenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der zweite Betriebszustand umfasst, dass die Kurbelwelle die Drehung der Motorriemenscheibe mittels des Riemens antreibt.
Maschinenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Kurbelwellen-Isolatorbaugruppe eine Drehfeder umfasst, die mit der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in Eingriff steht, wobei die Drehfeder eine Drehung der Nabe auf die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe überträgt, während sie zwischen der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe eine beschränkte relative Drehung zulässt.
Maschinenbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe während des zweiten Betriebszustands relativ zu der Nabe um mindestens 10 Grad in der ersten und zweiten Drehrichtung, die zueinander entgegensetzt sind, drehbar ist.
Maschinenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die mechanische Kupplung einen Kupplungsaktor, der zur Drehung mit einem von der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixiert ist, und ein Kupplungsanschlag, der auf der anderen von der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe ausgebildet ist, umfasst, wobei die Nabe während des ersten Betriebszustands zur Drehung mit der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe fixiert ist, wenn der Kupplungsaktor an dem Kupplungsanschlag anliegt.
Maschinenbaugruppe nach Anspruch 5, wobei die mechanische Kupplung eine Drehfeder umfasst, die mit der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe in Eingriff steht, wobei die Drehfeder eine Drehung der Nabe zu der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe überträgt, während sie eine beschränkte relative Drehung zwischen der Nabe und der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe zulässt, wobei die Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe einen Hohlraum festlegt, der eine Innenumfangsfläche bildet, die den Kupplungsanschlag festlegt, wobei der Kupplungsaktor zur Drehung mit der Nabe fixiert ist und ein Vorspannelement aufweist, das den Kupplungsaktor in einer Richtung radial nach außen und in Eingriff mit der Innenumfangsfläche der Kurbelwellen-Isolatorriemenscheibe drückt.
Maschinenbaugruppe nach Anspruch 1, welche weiterhin einen Kurbelwellendämpfer umfasst, der mit der Kurbelwelle gekoppelt und ausgelegt ist, um während des zweiten Betriebszustands Torsionsschwingungen der Kurbelwelle zu dämpfen.