DE102015207640A1

DE102015207640A1 - Antriebsstrang und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102015207640A1
Application number: DE102015207640.7A
Authority: DE
Inventors: Simon Keller; Hartmut Mende; Philippe Schwederle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Kurbelwelle (5), einem auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle (5) aufgenommenen Zweimassenschwungrad (3) mit einer Primärseite (9) und einer gegenüber dieser entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung (17) begrenzt verdrehbaren Sekundärseite (10), einem in einer Riemenscheibenebene (6) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Startergenerator (8) und einem mit der Sekundärseite (10) verbundenen Getriebe (4). Um große Verdrehwinkel zwischen Primär- und Sekundärseite während des Starts der Brennkraftmaschine (2) zu vermeiden, ist an der Sekundärseite (10) ein Anlasser (11) wirksam angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang und ein Verfahren zu dessen Betrieb für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, einem auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle aufgenommenen Zweimassenschwungrad mit einer Primärseite und einer gegenüber dieser entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung begrenzt verdrehbaren Sekundärseite, einem in einer Riemenscheibenebene der Brennkraftmaschine angeordneten Startergenerator und einem mit der Sekundärseite verbundenen Getriebe.
Ein gattungsgemäßer Antriebsstrang ohne Zweimassenschwungrad ist beispielsweise aus der WO02/46607 A1 bekannt. Hierbei wird die Brennkraftmaschine temperaturabhängig von einem in der Riemenscheibenebene der Brennkraftmaschine angeordneten Startergenerator allein oder zusätzlich von einem an der entgegengesetzten Seite der Riemenscheibenebene angeordneten Anlasser gestartet. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen erfolgt eine Unterstützung des Startergenerators durch den Anlasser.
Weiterhin sind in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen mit drehschwingungsbelasteten Brennkraftmaschinen Drehschwingungsdämpfer in Form von Zweimassenschwungrädern bekannt, die an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aufgenommen sind und zur Drehschwingungsisolation eingesetzt werden. Diese weisen eine mit der Kurbelwelle verbundene Primärseite und eine gegenüber dieser um die Drehachse der Kurbelwelle entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung begrenzt verdrehbare Sekundärseite auf, die beispielsweise unter Zwischenschaltung einer Reibungskupplung mit einem Getriebe wirksam verbunden ist. Der Resonanzbereich dieser Zweimassenschwungräder liegt in der Regel im Bereich der Startdrehzahl der Brennkraftmaschine, so dass große Verdrehwinkel zwischen Primär- und Sekundärseite auftreten, die den Startvorgang behindern und das Zweimassenschwungrad beschädigen können.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines gattungsgemäßen Antriebsstrangs insbesondere zur Vermeidung von schädlichem Resonanzverhalten des Zweimassenschwungrads. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb des gattungsgemäßen Antriebsstrangs vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Die von den Ansprüchen 1 und 5 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands der Ansprüche 1 und 5 wieder.
Der vorgeschlagene Antriebsstrang ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und enthält eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle. Auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle ist ein Zweimassenschwungrad und auf der Riemenscheibenebene ist beispielsweise in einem Umschlingungsmitteltrieb neben anderen Nebenaggregaten ein Startergenerator aufgenommen. Der Startergenerator kann mehrere beispielsweise momentabhängig schaltende Übersetzungsstufen aufweisen. Das Zweimassenschwungrad enthält eine beispielsweise aus Blech hergestellten Scheibenteilen gebildete Primärseite mit einer Primärschwungmasse und eine beispielsweise eine Gegendruckplatte bildende und eine Kupplungsdruckplatte zur Bildung einer Reibungskupplung aufnehmende, eine Sekundärschwungmasse bildende Sekundärseite. Die Sekundärseite bildet eine Sekundärschwungmasse aus, die beispielsweise aus Blech oder Guss hergestellt oder als Schmiedeteil ausgebildet sein kann.
Primärseite und Sekundärseite sind um die Drehachse der Kurbelwelle verdrehbar angeordnet und gegeneinander beispielsweise mittels einer Gleit- oder Wälzlagerung aufeinander um die Drehachse begrenzt verdrehbar gelagert. In Umfangsrichtung zwischen Primärseite und Sekundärseite wirksam ist eine Federeinrichtung angeordnet, die aus über den Umfang verteilt angeordneten Druckfedern, beispielsweise Bogenfedern gebildet ist. An der Sekundärseite, beispielsweise über eine mit einer Getriebeeingangswelle drehschlüssig verbundene Kupplungsscheibe der Reibungskupplung ist ein Getriebe angeordnet.
Um einen Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads zu umgehen, ist an der Sekundärseite ein Anlasser wirksam angeordnet. Durch zusätzlichen Antrieb der Sekundärseite während des Starts der Brennkraftmaschine mittels des Startergenerators kann der Verdrehwinkel zwischen Primärseite und Sekundärseite gering gehalten werden, so dass eine Schädigung des Zweimassenschwungrads infolge großer Verdrehwinkel unterbleibt. Desweiteren unterbleibt ein Energieeintrag des Startergenerators in das Zweimassenschwungrad so dass der Start der Brennkraftmaschine erleichtert und auch bei niedrigen Temperaturen gewährleistet ist. Durch die sekundärseitige Unterstützung des Startergenerators durch den Anlasser verhält sich das Zweimassenschwungrad daher im Wesentlichen wie ein Einmassenschwungrad.
Der Anlasser kann direkt und dauerhaft mittels einer Zahn- oder Riemenverbindung mit der Sekundärseite verbunden sein und während eines Startvorgangs entsprechend bestromt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anlasser als Ritzelstarter ausgebildet, der während eines Starts der Brennkraftmaschine in einen an der Sekundärseite angebrachten Zahnkranz einspurt. Der Zahnkranz kann auf die Sekundärschwungmasse aufgebracht, beispielsweise aufgeschrumpft oder einteilig mit der in diesem Falle bevorzugt aus Blech hergestellten Sekundärschwungmasse ausgebildet sein.
In bevorzugter Weise sind Startergenerator und Anlasser wie vorgeschlagen zum gemeinsamen Start der Brennkraftmaschine vorgesehen. In bestimmten Betriebssituationen kann auch nur der Startergenerator oder nur der Anlasser zum Start der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, insbesondere, wenn ein einfacher Start dieser zu erwarten ist, beispielsweise bei rollendem Fahrzeug, bei hohen Temperaturen oder dergleichen.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken sind Antriebsdrehzahlen des Startergenerators und des Anlassers auf dieselben Drehzahlen der Kurbelwelle und der Sekundärseite während eines Starts der Brennkraftmaschine gesteuert. Dies bedeutet, dass unabhängig von einer Übersetzung zwischen dem Rotor des Startegergenerators und der Kurbelwelle und der Übersetzung des Rotors des Anlassers und der Sekundärseite auf dieselbe Drehzahl oder eine vorgegebene Differenzdrehzahl zwischen Kurbelwelle und Sekundärseite geregelt wird.
Das vorgeschlagene Verfahren dient dem Betrieb des vorgeschlagenen Antriebsstrangs, den Startergenerator und den Anlasser gemeinsam zum Start der Brennkraftmaschine einzusetzen, um den Verdrehwinkel zwischen Kurbelwelle und Sekundärseite zu minimieren. Startergenerator und Anlasser werden dabei auf dieselben Drehzahlen der Kurbelwelle und der Sekundärseite gesteuert. Hierzu kann ein zentrales Steuergerät, beispielsweise das Motorsteuergerät zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden. Insbesondere werden hierzu Drehzahlen der Kurbelwelle und der Sekundärseite erfasst oder ermittelt. Die Drehzahlen können über CAN-Bus von einem anderen Steuergerät zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann die Drehzahl der Kurbelwelle mittels eines Drehzahl- oder Drehwinkelsensors ermittelt werden. Die Drehzahl der Sekundärseite kann direkt mittels eines Drehzahl- oder eines Drehwinkelsensors erfasst werden. Alternativ können bei bekannter Übersetzung zwischen Rotor des Startergenerators und der Kurbelwelle beziehungsweise zwischen Rotor und der Sekundärseite die Drehzahlen und Differenzdrehzahlen der Kurbelwelle und der Sekundärseite aus den Drehzahlen der Rotoren ermittelt werden.
Hierbei kann eine Steuerung von Startergenerator und Anlasser durch Regelung auf einen minimalen Differenzwinkel zwischen Primärseite und Sekundärseite erfolgen.
Alternativ kann der Startgenerator während des Starts der Brennkraftmaschine auf eine konstante Größe gesteuert und der Anlasser mit einer regelbaren Größe betrieben werden. In umgekehrter Betriebsweise kann der Anlasser während des Starts der Brennkraftmaschine auf eine konstante Größe gesteuert und der Startergenerator mit einer regelbaren Größe betrieben werden.
Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Diese zeigt in schematischer Darstellung den Antriebsstrang 1 mit der Brennkraftmaschine 2, dem Zweimassenschwungrad 3 und dem Getriebe 4. Die Brennkraftmaschine 2 weist an der einen, dem Abtrieb abgewandten Seite ihrer Kurbellwelle 5 die Riemenscheibenebene 6 auf. In dem an der Riemenscheibenebene 6 angeordneten Umschlingungsmitteltrieb 7 ist der Startergenerator 8 aufgenommen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Kurbelwelle 5 ist das Zweimassenschwungrad 3 mit der Primärseite 9 und der Sekundärseite 10 aufgenommen. Die Sekundärseite 10 wird beim Start der Brennkraftmaschine 2 von dem Anlasser 11 angetrieben. Der Anlasser 11 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Ritzelstarter 12 mit dem verlagerbaren Ritzel 13 ausgebildet, welches beim Start in den auf der Sekundärseite angeordneten Zahnkranz 14 einspurt.
An der Sekundärseite ist die Reibungskupplung 15 angeordnet, die beispielsweise mittels eines Aktors automatisiert oder mittels eines von einem Fahrer betätigen Kupplungspedals das von der Brennkraftmaschine 2 das auf die Getriebeeingangswelle 16 des Getriebes 4 übertragene Drehmoment steuert.
Zwischen Primärseite 9 und der Sekundärseite 10 ist die Federeinrichtung 17 beispielsweise in einem von der Primärseite 9 gebildeten Ringraum angeordnet. Primärseite 9 und Sekundärseite 10 sind um die Drehachse der Kurbelwelle 5 entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 17 beispielsweise mittels einer Gleit- oder Wälzlagerung begrenzt verdrehbar angeordnet.
Durch den gemeinsamen Betrieb des Startergenerators 8 und des Anlassers 11 während des Starts der Brennkraftmaschine 2 drehen Primärseite 9 und Sekundärseite 10 gleichermaßen, so dass eine Relativverdrehung entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 17 gering bleibt oder vollständig unterbleibt. Hierdurch verhält sich das Zweimassenschwungrad 3 im Wesentlichen wie ein Einmassenschwungrad, der Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads im Bereich der Startdrehzahl der Brennkraftmaschine kommt nicht zur Wirkung. Hierdurch werden eine übermäßige Belastung und eine Beschädigung des Zweimassenschwungrads 3 und damit des gesamten Antriebsstrangs 1 vermieden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Brennkraftmaschine
3: Zweimassenschwungrad
4: Getriebe
5: Kurbelwelle
6: Riemenscheibenebene
7: Umschlingungsmitteltrieb
8: Startergenerator
9: Primärseite
10: Sekundärseite
11: Anlasser
12: Ritzelstarter
13: Ritzel
14: Zahnkranz
15: Reibungskupplung
16: Getriebeeingangswelle
17: Federeinrichtung

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

WO 02/46607 A1 [0002]

Claims

Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Kurbelwelle (5), einem auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle (5) aufgenommenen Zweimassenschwungrad (3) mit einer Primärseite (9) und einer gegenüber dieser entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung (17) begrenzt verdrehbaren Sekundärseite (10), einem in einer Riemenscheibenebene (6) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Startergenerator (8) und einem mit der Sekundärseite (10) verbundenen Getriebe (4), dadurch gekennzeichnet, dass an der Sekundärseite (10) ein Anlasser (11) wirksam angeordnet ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser (11) als in einen Zahnkranz (14) der Sekundärseite (10) während eines Starts der Brennkraftmaschine (2) einspurender Ritzelstarter (12) ausgebildet ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Startergenerator (8) und Anlasser (11) gemeinsam zum Start der Brennkraftmaschine (2) vorgesehen sind.
Antriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsdrehzahlen des Startergenerators (8) und des Anlassers (11) auf dieselben Drehzahlen der Kurbelwelle (5) und der Sekundärseite (10) während eines Starts der Brennkraftmaschine (2) gesteuert sind.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs (1) gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Startergenerator (8) und der Anlasser (11) gemeinsam zum Start der Brennkraftmaschine (2) eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Startergenerator (8) und Anlasser (11) auf dieselben Drehzahlen der Kurbelwelle (5) und der Sekundärseite (10) gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Steuerung von Startergenerator (8) und Anlasser (11) auf einen minimalen Verdrehwinkel zwischen Primärseite (9) und Sekundärseite (10) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Startgenerator (8) während des Starts der Brennkraftmaschine (2) auf eine konstante Größe gesteuert und der Anlasser (11) mit einer regelbaren Größe betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser (11) während des Starts der Brennkraftmaschine (2) auf eine konstante Größe gesteuert und der Startergenerator (8) mit einer regelbaren Größe betrieben wird.