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Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine mit einer an einem Ende einen Riementrieb mit zumindest einem Nebenaggregat und an dem anderen Ende ein Zweimassenschwungrad mit einer Primärschwungmasse und einer gegenüber dieser entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung verdrehbaren Sekundärschwungmasse antreibenden Kurbelwelle sowie einem die Brennkraftmaschine mittels eines Eingriffs auf die Primärschwungmasse startenden Anlasser.
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Hierbei werden von der Brennkraftmaschine hervorgerufene Drehschwingungen auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle mittels eines Zweimassenschwungrads bedämpft. Um während des Starts der Brennkraftmaschine einen Resonanzdurchgang des Zweimassenschwungrads zu vermeiden oder zu begrenzen und damit Resonanzhänger und dergleichen zu vermeiden, werden beispielsweise in der
DE 10 2004 053 532 A1 mehrstufige Kennlinien vorgeschlagen. Die zu diesem Zweck für einen Startvorgang ausgelegten Dämpferstufen können für den weiteren Betrieb wie Fahrbetrieb unter Zug- oder Schubbedingungen nachteilig sein. Weiterhin sind Zweimassenschwungräder mit derartigen mehrstufigen Kennlinien in der Herstellung aufwendig und weniger robust. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einer geringen Anzahl an Zylindern, beispielsweise Zwei- oder Dreizylindermotoren können infolge des geänderten Resonanzverhaltens nur unter erschwerten Bedingungen eingesetzt werden.
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In der Riemenscheibenebene werden eingetragene Drehschwingungen zum Schutz der Nebenaggregate durch eine drehelastische Koppelung des Riementriebes mittels so genannter, beispielsweise aus den Dokumenten
US 7,998,008 B2 ,
US 7,985,150 B2 und der
DE 10 2011 104 135 A1 bekannter Schwingungsdämpfer gemindert. Hierbei sind die Nebenaggregate, beispielsweise ein Stromgenerator, ein Klimakompressor und dergleichen in Antriebsrichtung mittels eines Freilaufs gesperrt und gegen die Antriebsrichtung drehelastisch entkoppelt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung eines Startverhaltens eines gattungsgemäßen Antriebsstrangs insbesondere mit einer Brennkraftmaschine mit zwei oder drei Zylindern.
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Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1.
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Es wird ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine mit einer an einem Ende einen Riementrieb mit zumindest einem Nebenaggregat und an dem anderen Ende ein Zweimassenschwungrad mit einer Primärschwungmasse und einer gegenüber dieser entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung verdrehbaren Sekundärschwungmasse antreibenden Kurbelwelle sowie einem die Brennkraftmaschine mittels eines Eingriffs auf die Primärschwungmasse startenden Anlasser vorgeschlagen, dessen Federeinrichtung mit einer einstufige Kennlinie versehen ist und von einer in beide Drehrichtungen drehelastisch mit der Kurbelwelle gekoppelten Tilgermasse zumindest eines Nebenaggregats auf eine Startphase der Brennkraftmaschine abgestimmt unterstützt ist. Durch Weglassung des Freilaufs können eine oder mehrere mittels eines Riemens des Riementriebs angetriebene Massen als Tilgermassen mit einer drehelastisch vorgegebenen Steifigkeit mit der Kurbelwelle gekoppelt werden. Durch Vorgabe der Drehsteifigkeit dieser elastischen Anbindung kann die Wirkung der Tilgermassen an die Drehsteifigkeit des Zweimassenschwungrads angepasst werden. Hierdurch wird dessen Resonanzverhalten beziehungsweise das Resonanzverhalten des Antriebsstrangs während eines Starts der Brennkraftmaschine so verbessert, dass gegebenenfalls auf mehrstufige Kennlinien im Zweimassenschwungrad verzichtet werden kann und bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder drei Zylindern, der im Betriebsbereich der Brennkraftmaschine beispielsweise bei deren Start liegende Anregungsbereich wirksam unterdrückt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das zumindest eine Nebenaggregat ein Generator mit einem als Tilgermasse vorgesehen Rotor, ein Klimakompressor mit einem als Tilgermasse vorgesehenen Pumpeneingangsteil und/oder ein weiteres in dem Riementrieb wirksam eingebundenes Nebenaggregat.
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Das zumindest eine Nebenaggregat beziehungsweise dessen mit dem Riemen in Wirkverbindung verdrehbar angeordnetes, eine Tilgermasse aufweisendes Bauteil kann steif mit einem Riemen des Riemenantriebs gekoppelt sein, wobei zwischen dem Riemen und der Kurbelwelle die drehelastische mit vorgegebener Steifigkeit versehene Komponente vorgesehen ist. Alternativ kann der Riemen inelastisch mit der Kurbelwelle verbunden sein und die drehelastische Komponente zwischen dem Riemen und einer Riemenscheibe des Nebenaggregats vorgesehen sein.
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In bevorzugter Weise ist zwischen der Kurbelwelle und dem Riemenantrieb eine mit einer oder mehreren Tilgermassen eines oder mehrerer Nebenaggregate einen Drehschwingungstilger bildende, in beide Drehrichtungen entgegen der vorgesehenen Steifigkeit beispielsweise aus Druckfedern gebildete Federeinrichtung vorgesehen. Die Dämpfungskomponente ist dabei zwischen einem Riemen des Riementriebs und einer an der Kurbelwelle aufgenommenen Riemenscheibe vorgesehen.
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Je nach Steifigkeit der Federeinrichtung des Zweimassenschwungrads weist der Drehschwingungstilger eine Drehsteifigkeit zwischen 3 Nm/° und 30 Nm/° auf. Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, wenn bei vorgegebener Drehsteifigkeit der Federeinrichtung und einer vorgegebenen Tilgermasse des zumindest einen Nebenaggregats die Drehsteifigkeit des Drehschwingungstilgers derart eingestellt ist, dass während eines Starts der Brennkraftmaschine bei Drehzahlen zwischen 250 U/min und 200 U/min ein Verhältnis eines Verdrehwinkels zwischen der Primärschwungmasse und der Sekundärschwungmasse gegenüber einem maximalen Verdrehwinkel kleiner gleich 0,8 ist. Auf diese Weise wird ein Anschlagen der Schwungmassen des Zweimassenschwungrads bei maximalem Verdrehwinkel wirksam vermieden. Verdrehen sich die Schwungmassen dabei über den durch das Verhältnis vorgegebenen Verdrehwinkel, wirkt das zumindest eine Nebenaggregat mittels seiner Tilgermasse als schwingungstilgend.
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Eine Abstimmung des Drehschwingungstilgers ist bei vorgegebener Startdrehzahl, Drehsteifigkeit der Federeinrichtung und vorgegebener Anzahl der Zylinder eine Kompensation einer Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads mittels der Drehsteifigkeit des Drehschwingungstilgers vorgesehen. Der Drehsteifigkeit des Drehschwingungstilgers ist in bevorzugter Weise eine Reibeinrichtung beigeordnet, die über einen Teil des Verdrehwinkels oder über den gesamten Verdrehwinkel wirksam ist.
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Zur Unterstützung der tilgenden Wirkung des zumindest einen Nebenaggregats kann abhängig von der erforderlichen Startdrehzahl das Verhalten des Anlassers abhängig von einem von dessen Drehzahl abhängigen Drehmoment wie Anlassermoment abgestimmt sein. Hierbei wird dessen Anlassdrehzahl in vorteilhafter Weise abhängig von der Resonanzfrequenz einer Brennkraftmaschine mit beispielsweise zwei oder drei Zylindern einge- stellt, um die Brennkraftmaschine schnell über eine Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads zu beschleunigen.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangs mit einem Zweimassenschwungrad und einem in einer Riemenscheibenebene angeordneten Drehschwingungstilger mit einer nachgeschalteten Tilgermasse,
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2 eine Detaildarstellung des Antriebsstrangs der 1,
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3 eine schematische Ansicht der Riemenscheibenebene der 1 und
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4 ein Diagramm eines Verdrehwinkelverhältnisses des Zweimassenschwungrads gegen eine Verdrehsteifigkeit des Drehschwingungstilgers des Antriebsstrangs bei unterschiedlichen Startdrehzahlen.
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1 zeigt den Antriebsstrang 1 in Blockschaltweise mit dem in der Riemenscheibe angeordneten Drehschwingungstilger 2 und dem an der Abtriebsseite angeordneten Zweimassenschwungrad 3. Die Primärschwungmasse 4 ist dabei mit der nicht explizit dargestellten Kurbelwelle verbunden, die Masse der Kurbelwelle ist in die Masse der Primärschwungmasse einbezogen. Über die Kurbelwelle mit der Primärschwungmasse 4 trägt die Brennkraftmaschine das drehschwingungsbehaftete Drehmoment in den Antriebsstrang 1 ein. Die Primärschwungmasse 4 ist mittels der Federeinrichtung 5, beispielsweise Bogenfedern mit einstufiger Kennlinie mit der Sekundärschwungmasse 6 elastisch mit vorgegebener Steifigkeit drehgekoppelt. Die Sekundärschwungmasse 6 bildet die Ankoppelung des Getriebes beispielsweise über eine Reibungskupplung. Der Riementrieb 7 der Riemenscheibenebene ist mittels der Federeinrichtung 8 und der Reibeinrichtung 9 drehelastisch mit der Kurbelwelle gekoppelt. Der Riemen 10 ist dabei drehelastisch an die Kurbelwelle gekoppelt und treibt die Tilgermassen 11, 12 der Nebenaggregate 13, 14 mittels der steifen Verbindungen 15, 16 an.
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Durch die Abstimmung des Drehschwingungstilgers 2 auf eine Anregungsfrequenz der Brennkraftmaschine gegenüber einer Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads während eines Startvorgangs kann die Federeinrichtung 5 des Zweimassenschwungrads 3 mit einer einstufigen Kennlinie ausgebildet werden, die über den gesamten Verdrehwinkel an die Zug- und Schubanforderungen des Antriebsstrangs angepasst ist. Durch entsprechende Auslegung der Drehsteifigkeit der Federeinrichtung 8 und der Reibeinrichtung 9 erfolgt die Tilgung der Anregungsfrequenz bei vorgegebener Tilgermasse 11, 12 eines oder mehrerer Nebenaggregate abhängig von der in der Federeinrichtung 5 eingestellten Drehsteifigkeit. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder drei Zylindern wird infolge der dadurch erhöhten, bei Leerlaufdrehzahl im Betriebsbereich der Brennkraftmaschine liegenden Anregungsfrequenz die problematische, auf den Fahrbetrieb ausgelegte Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads 3 mittels des Drehschwingungstilgers 2 in vorteilhafter Weise während des Starts unter die Anregungsfrequenz gesenkt.
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2 zeigt den Antriebsstrang 1 in gegenüber der Darstellung der 1 verfeinerter Blockdarstellung. Während eines Startvorgangs wird die Brennkraftmaschine von dem Anlasser 17 über das Antriebsritzel 18 mit den Trägheitsmomenten J1, J2 gestartet, indem unter Überwindung des Trägheitsmoments J3 der Kurbelwelle und der Primärschwungmasse, dem inneren Reibmoment R1 der Brennkraftmaschine und der Trägheitsmomente J4 des die Federeinrichtung 5 beaufschlagenden Flanschs 19, des Trägheitsmoments J5 der Sekundärschwungmasse 6 samt nachgeschalteten getriebe- und kupplungszugeordneten Massen, dem Reibmoment R2 der Reibeinrichtung 20, der Wirkung der Federeinrichtung 8 und dem Reibmoment R3 der Reibeinrichtung 9, sowie der Trägheitsmomente J6 des Riemens 10 und der Trägheitsmomente J7, J8 der Tilgermassen 11, 12 der Nebenaggregate die Kurbelwelle angetrieben wird, bis diese ihre Startdrehzahl, beispielsweise 200 bis 250 U/min erreicht hat. Die Motorsteuerung 21 übernimmt dabei die Steuerung des Startprozesses. Die Verbindungen 22, 23 zwischen dem Riemen 10 und den Tilgermassen 11, 12 sind dabei inelastisch ausgebildet. Vergrößern sich in dem gezeigten Trägheitsmomentgefüge die Drehschwingungen der Brennkraftmaschine während deren Beschleunigung durch den Anlasser 17 infolge von Kompressions- und Expansionsarbeit sowie ersten Gasumsätzen in den Zylindern der Verdrehwinkel zwischen Primär- und Sekundärschwungmasse, wird diese durch die Wirkung des Drehschwingungstilgers 2 begrenzt. Hierzu wird die Drehsteifigkeit der Federeinrichtung 8 und das Reibmoment R3 der Reibeinrichtung 9 abhängig von den Tilgermassen 11, 12 und den übrigen anliegenden Trägheitsmomenten an die Drehsteifigkeit der Federeinrichtung 5 angepasst.
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3 zeigt den in der Riemenscheibenebene angeordneten Riementrieb 24 in Ansicht mit der die Federeinrichtung 8 und die Reibeinrichtung enthaltenden Riemenscheibe 25, die hier auf der Kurbelwelle angeordnet ist. Der Riemen 10 ist um die Riemenscheiben 26, 27 der Nebenaggregate 13, 14 gelegt und mittels des Riemenspanners 28 vorgespannt.
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4 zeigt das Diagramm 29 mit dem Verhältnis V gegen die Drehsteifigkeit CD der Federeinrichtung 8 der 1 und 2. Das Verhältnis V ist aus dem Quotienten eines aktuellen Verdrehwinkels der Schwungmassen gegeneinander und dem maximalen Verdrehwinkel dieser, bei dem ein unerwünschter Anschlag, ein so genannter Impact erfolgt, gebildet. Der Grenzwert SW entspricht hier einem angenommenen Wert von 0,8, der einen zusätzlichen Sicherheitszuschlag einschließt. Die Kurve 30 zeigt ein typisches Verhalten eines Zweimassenschwungrads mit vorgegebener Steifigkeit bei einer Startdrehzahl von 200 U/min einer Brennkraftmaschine mit drei Zylindern. Erfolgt keine oder nur geringe Tilgung bei kleiner Drehsteifigkeit der Federeinrichtung 8 häufen sich die Anschläge des Zweimassenschwungrads. Bei zu hoher Drehsteifigkeit der Federeinrichtung 8 nimmt die Gefahr von Impacts wieder zu. Bei der Drehsteifigkeit CD,opt ist die tilgende Wirkung des Drehschwingungstilgers 2 am besten. Die Kurve 31 zeigt dasselbe Zweimassenschwungrad 3 bei erhöhter Startdrehzahl, beispielsweise bei 230 U/min. Es wird deutlich, dass durch Erhöhen der Startdrehzahl das Resonanzverhalten des Zweimassenschwungrads 3 weniger kritisch ist. Die Startdrehzahl kann bei vorgegebener Zylinderanzahl positiv durch Erhöhung der Drehzahl des Anlassers verbessert werden. Hierzu ist ein gegebenenfalls untersetzter Anlassermotor einzusetzen, wobei gegebenenfalls ein höheres Drehmoment vorgehalten werden muss, um die in 2 dargestellten Trägheitsmomente zu überwinden. Die Lage der der Drehsteifigkeit CD,opt kann beispielsweise mittels Simulation ermittelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Drehschwingungstilger
- 3
- Zweimassenschwungrad
- 4
- Primärschwungmasse
- 5
- Federeinrichtung
- 6
- Sekundärschwungmasse
- 7
- Riementrieb
- 8
- Federeinrichtung
- 9
- Reibeinrichtung
- 10
- Riemen
- 11
- Tilgermasse
- 12
- Tilgermasse
- 13
- Nebenaggregat
- 14
- Nebenaggregat
- 15
- Verbindung
- 16
- Verbindung
- 17
- Anlasser
- 18
- Antriebsritzel
- 19
- Flansch
- 20
- Reibeinrichtung
- 21
- Motorsteuerung
- 22
- Verbindung
- 23
- Verbindung
- 24
- Riementrieb
- 25
- Riemenscheibe
- 26
- Riemenscheibe
- 27
- Riemenscheibe
- 28
- Riemenspanner
- 29
- Diagramm
- 30
- Kurve
- 31
- Kurve
- CD
- Drehsteifigkeit
- CD,opt
- Drehsteifigkeit
- J1
- Trägheitsmoment
- J2
- Trägheitsmoment
- J3
- Trägheitsmoment
- J4
- Trägheitsmoment
- J5
- Trägheitsmoment
- J6
- Trägheitsmoment
- J7
- Trägheitsmoment
- J8
- Trägheitsmoment
- R1
- Reibmoment
- R2
- Reibmoment
- R3
- Reibmoment
- SW
- Grenzwert
- V
- Verhältnis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004053532 A1 [0002]
- US 7998008 B2 [0003]
- US 7985150 B2 [0003]
- DE 102011104135 A1 [0003]
